KR101588908B1 - Photo-detection device and image display device - Google Patents
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Abstract
소형이고 감도가 양호한 광검출 장치를 제공한다. 광검출 장치 (10) 는, 분광 특성이 상이한 포토다이오드 (1, 2) 의 캐소드 단자나, 광학 필터를 형성한 포토다이오드 (2) 를 개방단 상태로 하고, 일정 시간 동안 이들에 축적된 전하의 차분으로부터 원하는 파장 영역의 광 강도를 검출한다. 포토다이오드 (1, 2) 는 전하를 축적하는 방식이기 때문에, 광전류가 작아도 이것을 축적하여 검출에 필요한 전하를 얻을 수 있어, 포토다이오드 (1, 2) 를 형성하는 반도체 장치의 소형화·고검지 능력화를 꾀할 수 있다. 또한, 광 강도에 따라서 전하의 축적 시간을 가변으로 하여 넓은 다이나믹 레인지를 실현하거나, 차분 검출에 필요한 요소를 차분 검출시에 간헐 구동하여 전력 소비량을 억제하거나, 또는, 출력을 평균화하여 플리커의 영향을 저감할 수도 있다.(EN) Provided is a compact and high - sensitivity optical detecting device. The photodetecting device 10 has the cathode terminal of the photodiodes 1 and 2 having different spectral characteristics and the photodiode 2 forming the optical filter in an open-ended state, And detects the light intensity of the desired wavelength region from the difference. Since the photodiodes 1 and 2 accumulate electric charges, even if the photocurrent is small, they can be accumulated to obtain charges required for detection. Thus, the semiconductor devices forming the photodiodes 1 and 2 can be miniaturized, . It is also possible to realize a wide dynamic range by varying the accumulation time of the electric charges in accordance with the light intensity or by intermittently driving the elements required for differential detection at the time of detecting the difference to suppress the power consumption or to average the output, It may be reduced.
Description
본 발명은 광검출 장치 및 화상 표시 장치에 관한 것으로, 예를 들어, 수광 소자를 사용하여 외계의 조도를 측정하는 것에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
예를 들어, 액정 화면의 백라이트의 휘도를 조절하거나, 가로등을 자동적으로 점등시키는 등의, 조도계로 외계의 밝기를 측정하여 대상을 제어하는 것이 행해지고 있다.For example, it has been done to control the object by measuring the brightness of the outside world with an illuminometer such as adjusting the brightness of the backlight of the liquid crystal screen or automatically turning on the street lamp.
이러한 조도계에는, 수광한 광의 세기 (광 강도) 를 그것에 따른 전류로 변환시키는 수광 소자가 사용되고 있다.In this illuminometer, a light receiving element for converting the intensity (light intensity) of the received light into a current corresponding thereto is used.
그러나, 수광 소자의 재료인 실리콘 (Si) 은 적외광에 감도의 피크를 갖기 때문에, 예를 들어 가시광이나 자외광 등 소정의 파장 영역의 광에 대하여 센서의 감도를 얻기 위해서, 당해 파장 영역에서 차분을 일으키고, 그 밖의 영역에서 출력이 캔슬되는 등의 분광 특성이 상이한 2 개의 수광 소자를 조합하여 원하는 분광 특성을 얻고 있다.However, since silicon (Si), which is a material of the light receiving element, has a sensitivity peak in infrared light, in order to obtain sensitivity of the sensor to light in a predetermined wavelength range such as visible light and ultraviolet light, And the two light receiving elements having different spectral characteristics such as the output canceled in other areas are combined to obtain desired spectral characteristics.
이와 같이, 분광 특성이 상이한 수광 소자를 적당히 조합함으로써, 가시광에서의 광을 검출하여 육안에 가까운 분광 특성을 실현하거나, 자외광을 검지하거나 할 수 있다.By appropriately combining light-receiving elements having different spectral characteristics in this way, it is possible to detect spectral characteristics close to the naked eye by detecting light in visible light, or to detect ultraviolet light.
이와 같이 2 개의 수광 소자를 조합하여 원하는 분광 특성을 얻는 기술로서 다음의 특허문헌 1 의 「반도체 광검출 장치」가 있다.As a technique for obtaining desired spectroscopic characteristics by combining two light receiving elements in this way, there is a " semiconductor optical detecting apparatus "
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평1-207640호Patent Document 1: JP-A-1-207640
이 기술은, P 형 기판 상에 깊이가 다른 N 형 층을 2 개 형성함으로써 분광 특성이 상이한 포토다이오드를 2 개 형성하고, 양자의 전류의 차분을 취함으로써 자외 영역에서의 광을 검지하는 것이다.In this technique, two N-type layers having different depths are formed on a P-type substrate to form two photodiodes having different spectroscopic characteristics, and the light in the ultraviolet region is detected by taking a difference between the currents.
그러나, 종래 기술에 있어서는, SN 비를 개선하여 감도를 높이기 위해서는 수광 소자의 전류를 크게 할 필요가 있고, 그를 위해서는 수광 소자 자체를 크게 할 필요가 있었다.However, in the prior art, in order to improve the SN ratio and increase the sensitivity, it is necessary to increase the current of the light receiving element, and for this purpose, it has been necessary to increase the light receiving element itself.
수광 소자가 커지면, 당해 수광 소자가 형성되어 있는 IC 칩도 대형화되어, 센서의 소형화가 곤란하다는 문제가 있었다.When the light-receiving element is large, the IC chip on which the light-receiving element is formed is also increased in size, which makes it difficult to miniaturize the sensor.
그래서 본 발명은, 소형이고 감도가 양호한 광검출 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a compact and high-sensitivity optical detecting device.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1 에 기재된 발명에서는, 입사된 광에 의해서 전하를 발생하는 수광 소자와, 상기 발생된 전하를 상기 수광 소자에 축적시키는 축적 수단과, 상기 축적 수단에 축적한 원하는 파장의 입사광에 대응하는 전하의 전하량을 출력하는 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치를 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a light-emitting device including: a light-receiving element generating an electric charge by incident light; accumulating means for accumulating the generated electric charge in the light- And an output means for outputting a charge amount of a charge corresponding to an incident light of a desired wavelength.
청구항 2 에 기재된 발명에서는, 상기 수광 소자에 입사되는 상기 원하는 파장의 입사광 이외의 광을 차광하는 차광 수단을 구비하고, 상기 출력 수단은, 상기 축적 수단에 축적한 전하량을 상기 원하는 파장의 입사광에 대응하는 전하의 전하량으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.In the invention described in
청구항 3 에 기재된 발명에서는, 상기 축적 수단은, 상기 수광 소자의 소정의 전극을 전기적으로 개방단으로 함으로써, 상기 전하를 축적시키는 것을 특징으로 하는 청구항 1, 또는 청구항 2 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.According to a third aspect of the invention, there is provided the photodetecting device according to the first or second aspect of the invention, wherein the accumulating means accumulates the charges by electrically opening predetermined electrodes of the light receiving element .
청구항 4 에 기재된 발명에서는, 상기 수광 소자의 상기 소정의 전극은, 소정의 스위치를 통하여, 이들 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하기 위한 정전압원에 접속되어 있고, 상기 축적 수단은, 상기 스위치를 오프함으로써 상기 소정의 전극을 전기적으로 개방단으로 하는 것을 특징으로 하는 청구항 3 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.In the invention according to
청구항 5 에 기재된 발명에서는, 상기 수광 소자의 상기 소정의 전극을 소정의 정전압원에 접속시킴으로써, 상기 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하는 리셋 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 청구항 3 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a photodetector as set forth in the third aspect, wherein the photodetector includes a resetting unit for resetting the charge accumulated in the light receiving element by connecting the predetermined electrode of the light receiving element to a predetermined constant voltage source Lt; / RTI >
청구항 6 에 기재된 발명에서는, 상기 수광 소자는, 입사되는 상기 원하는 파장의 입사광 이외의 광을 차광하는 제 1 차광 수단을 형성한 제 1 수광 소자와, 입사되는 광을 차광하는 제 2 차광 수단을 형성한 제 2 수광 소자를 사용하여 구성되고, 상기 축적 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에, 상기 발생된 전하를 축적시키고, 상기 출력 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적시킨 전하량의 차분을 취득하는 차분 취득 수단을 구비하여, 당해 차분을 상기 원하는 파장의 입사광에 대응하는 전하의 전하량으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.In the invention according to
청구항 7 에 기재된 발명에서는, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자는, 수광과 축전의 특성이 동일한 것을 특징으로 하는 청구항 6 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the optical detection device according to the sixth aspect, wherein the first light receiving element and the second light receiving element have the same light receiving and storage characteristics.
청구항 8 에 기재된 발명에서는, 상기 수광 소자는, 제 1 수광 소자와, 상기 제 1 수광 소자와 상이한 분광 특성을 갖는 제 2 수광 소자를 사용하여 구성되고, 상기 축적 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에, 상기 발생한 전하를 축적시키고, 상기 출력 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적시킨 전하량의 차분을 취득하는 차분 취득 수단을 구비하고, 당해 차분을 원하는 파장의 입사광에 대응하는 전하의 전하량으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.In the invention according to claim 8, the light-receiving element is constituted by using a first light-receiving element and a second light-receiving element having a spectroscopic characteristic different from that of the first light-receiving element, And the outputting means includes a difference acquiring means for acquiring a difference in the amount of charges accumulated in the first light receiving element and the second light receiving element, And outputting the amount of electric charge corresponding to the incident light of the wavelength as the electric charge amount of the electric charge corresponding to the incident light of the wavelength.
청구항 9 에 기재된 발명에서는, 수광한 광에 의해서 전하를 발생하는 제 1 수광 소자와, 수광한 광에 의해서 전하를 발생하고, 상기 제 1 수광 소자와 상이한 분광 특성을 갖는 제 2 수광 소자와, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에, 상기 발생한 전하를 축적시키는 축적 수단과, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적시킨 전하의 차분을 취득하는 차분 취득 수단과, 상기 취득한 차분을 출력하는 차분 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치를 제공한다.According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a light-emitting device comprising: a first light-receiving element for generating electric charges by light received by light; a second light-receiving element for generating electric charges by the light received and having spectroscopic characteristics different from those of the first light- A charge accumulating means for accumulating the charges generated in the first light receiving element and the second light receiving element; a difference acquiring means for acquiring a difference between the charges accumulated in the first light receiving element and the second light receiving element; And a difference outputting means for outputting the light output from the light receiving means.
청구항 10 에 기재된 발명에서는, 상기 축적 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자의 소정의 전극을 전기적으로 개방단으로 함으로써, 상기 전하를 축적시키는 것을 특징으로 하는 청구항 6 에서 청구항 9 까지 중 어느 하나의 청구항에 기재된 광검출 장치를 제공한다.In the invention according to
청구항 11 에 기재된 발명에서는, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자의 상기 소정의 전극은, 소정의 스위치를 통하여, 이들 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하기 위한 정전압원에 접속되어 있고, 상기 축적 수단은, 상기 스위치를 오프함으로써 상기 소정의 전극을 전기적으로 개방단으로 하는 것을 특징으로 하는 청구항 10 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.In the invention described in
청구항 12 에 기재된 발명에서는, 상기 차분 취득 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자의, 상기 소정의 전극간 전압차에 의해서 상기 축적된 전하의 차분을 취득하는 것을 특징으로 하는 청구항 10, 또는 청구항 11 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.In the invention according to
청구항 13 에 기재된 발명에서는, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자의 상기 소정의 전극을 소정의 정전압원에 접속함으로써, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하는 리셋 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 청구항 10 에 기재된 광검출 장치를 제공한다.According to a thirteenth aspect of the present invention, the charge accumulated in the first light receiving element and the second light receiving element is reset by connecting the predetermined electrode of the first light receiving element and the predetermined electrode of the second light receiving element to a predetermined constant voltage source And a resetting means. The optical detecting device according to
청구항 14 에 기재된 발명에서는, 상기 차분 취득 수단을, 상기 차분 출력 수단이 차분을 출력하는 타이밍에서 구동시키는 구동 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 청구항 6 에서 청구항 13 까지 중 어느 하나의 청구항에 기재된 광검출 장치를 제공한다.The invention according to
청구항 15 에 기재된 발명에서는, 광원이 발하는 광 강도의 변동에 의해서 상기 차분 출력 수단이 출력하는 차분에 생기는 변동을 완화하는 완화 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 청구항 6 에서 청구항 14 까지 중 어느 하나의 청구항에 기재된 광검출 장치를 제공한다.According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a light-emitting device according to any one of
청구항 16 에 기재된 발명에서는, 상기 축적 수단이 전하를 축적하는 시간을 광의 세기에 따라서 변경하는 변경 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 청구항 1에서 청구항 15 까지 중 어느 하나의 청구항에 기재된 광검출 장치를 제공한다.According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided an optical detecting apparatus according to any one of the first to fifteenth aspects, characterized by comprising changing means for changing the time during which the accumulating means accumulates electric charges in accordance with the intensity of light do.
청구항 17 에 기재된 발명에서는, 청구항 1 에서 청구항 16 까지 중 어느 하나의 청구항에 기재된 광검출 장치와, 화상을 표시하는 화상 표시 수단과, 상기 광검출 장치의 출력을 사용하여 외계의 밝기를 판단하는 밝기 판단 수단과, 상기 판단한 밝기에 따라서 상기 화상 표시 수단의 휘도를 조절하는 휘도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치를 제공한다.According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided an image display apparatus comprising: the light detecting device according to any one of
본 발명에 의하면, 소형이고 감도가 양호한 광검출 장치 등을 제공할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a compact and high-sensitivity optical detecting device.
도 1 은 포토다이오드가 형성된 반도체 장치의 구조의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2 는 포토다이오드의 분광 특성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3 은 광검출 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는 포토다이오드의 출력의 포화를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5 는 변형예에 관련된 광검출 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6 은 변형예에 관련된 광검출 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7 은 변형예에 관련된 광검출 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8 은 다른 실시형태에 관련된 반도체 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9 는 변형예에 관련된 반도체 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10 은 다른 실시형태에 관련된 반도체 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 11 은 변형예에 관련된 반도체 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 12 는 디지털화 회로나 디지털 출력 광검출 회로의 구성을 나타낸 도면이다.
도 13 은 디지털화 회로에 관한 타이밍 차트를 나타낸 것이다.
도 14 는 다른 실시형태에 관련된 디지털화 회로나 디지털 출력 광검출 회로의 구성을 나타낸 도면이다.
도 15 는 다른 실시형태에 관련된 디지털화 회로에 관한 타이밍 차트를 나타낸 것이다.
도 16 은 포토다이오드가 형성된 반도체 장치의 일례를 나타낸 도면이다.
도 17 은 포토다이오드의 차분을 사용한 분광 특성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 18 은 포토다이오드의 출력의 포화를 설명하기 위한 모식도이다.
도 19 는 전자파 노이즈를 시일드하는 예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing an example of a structure of a semiconductor device having a photodiode formed thereon.
2 is a diagram schematically showing spectroscopic characteristics of a photodiode.
3 is a view for explaining the configuration of the light detecting device.
4 is a schematic diagram for explaining the saturation of the output of the photodiode.
5 is a diagram showing a configuration of a light detecting device according to a modification.
6 is a diagram showing a configuration of a light detecting device according to a modification.
Fig. 7 is a diagram showing a configuration of a light detecting device according to a modification. Fig.
8 is a diagram showing a structure of a semiconductor device according to another embodiment.
9 is a diagram showing a structure of a semiconductor device according to a modification.
10 is a diagram showing a structure of a semiconductor device according to another embodiment.
11 is a view showing a structure of a semiconductor device according to a modification.
12 is a diagram showing a configuration of a digitizing circuit and a digital output light detecting circuit.
13 shows a timing chart related to the digitizing circuit.
14 is a diagram showing a configuration of a digitizing circuit and a digital output light detecting circuit according to another embodiment.
15 is a timing chart related to the digitizing circuit according to another embodiment.
16 is a diagram showing an example of a semiconductor device in which a photodiode is formed.
17 is a diagram schematically showing spectroscopic characteristics using the difference of the photodiodes.
18 is a schematic diagram for explaining the saturation of the output of the photodiode.
19 is a diagram for explaining an example of shielding electromagnetic noise.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1) 실시형태의 개요 (1) Outline of Embodiment
[광검출 장치에 관한 실시형태][Embodiment of photodetecting device]
광검출 장치 (10) (도 3) 는, 분광 특성이 상이한 포토다이오드 (1, 2) 의 캐소드 단자나, 광학 필터를 형성한 포토다이오드 (1) 와 차광층을 형성한 포토다이오드 (2) 를 개방단 상태로 하고, 일정 시간 동안 이들에 축적된 전하의 차분으로부터 원하는 파장 영역의 광 강도를 검출한다.3) includes a cathode terminal of
포토다이오드 (1, 2) 는 전하를 축적하는 방식이기 때문에, 광전류가 작아도 이것을 축적하여 검출에 필요한 전하를 얻을 수 있어, 포토다이오드 (1, 2) 를 형성하는 반도체 장치의 소형화·고검지 능력화를 꾀할 수 있다.Since the
또한, 광 강도에 따라서 전하의 축적 시간을 가변으로 하여 넓은 다이나믹 레인지를 실현하거나, 차분 검출에 필요한 요소를 차분 검출시에 간헐 구동하여 전력 소비량을 억제하거나, 또는, 출력을 평균화하여 플리커의 영향을 저감할 수도 있다.It is also possible to realize a wide dynamic range by varying the accumulation time of the electric charges in accordance with the light intensity or by intermittently driving the elements required for differential detection at the time of detecting the difference to suppress the power consumption or to average the output, It may be reduced.
[광검출 반도체 장치에 관한 실시형태][Embodiment of photodetecting semiconductor device]
포토다이오드 (1, 2) (도 8(a)) 의 수광면에, 검출 대상인 광을 투과시키고, 도전성을 갖는 시일드를 형성함으로써, 외부로부터 진입하는 전자파에 의해서 포토다이오드 (1, 2) 에 전하가 유기되는 것을 억제한다.The light to be detected is transmitted through the light receiving surface of the
또한, 광의 투과율이 파장에 따라 달라지는 2 종류의 필터 (도 10(a)) 를 각각 포토다이오드 (1, 2) 의 수광면에 형성함으로써, 이들의 분광 특성에 차분을 형성할 수 있다.Further, by forming two kinds of filters (Fig. 10 (a)) in which the transmittance of light varies with wavelength, on the light receiving surfaces of the
시일드나 필터는, 예를 들어, 폴리실리콘이나 소정 도전형의 반도체의 박막으로 구성할 수 있고, 이들의 제조 프로세스를, 반도체 제조 프로세스 중에 끼워 넣음으로써 용이하게 제조할 수 있다.The seal and the filter can be formed of, for example, a thin film of polysilicon or a semiconductor of a predetermined conductivity type, and can be easily manufactured by inserting the manufacturing process into the semiconductor manufacturing process.
[디지털 출력 광검출 회로에 관한 실시형태][Embodiment of Digital Output Photodetection Circuit]
포토다이오드 (1, 2) 가 축적한 전하의 양을 클록과 대응시켜 전하의 양에 대응하는 카운트값을 생성하고, 이것에 의해서 축적된 전하의 양을 디지털값으로 변환한다.A count value corresponding to the amount of charge is generated by associating the amount of charge accumulated in the
여기에는, 축적되는 전하가 소정량 변화하기까지의 클록 펄스수를 카운트하는 방식과 (도 12), 소정의 기준 펄스의 기간 내에서 포토다이오드 (1, 2) 가 전하의 축적·리셋을 반복하는 횟수를 카운트하는 방식 (도 14) 이 있다.Here, a method of counting the number of clock pulses until the accumulated charge changes by a predetermined amount (FIG. 12) and a method of repeating the accumulation and reset of the charges in the
그리고, 디지털화된 포토다이오드 (1, 2) 의 출력을 연산하여, 그 차분을 디지털값으로 출력할 수 있다.Then, the output of the digitized
이 방식에서는, 카운터나 클록 등의 간단한 기구로 디지털값을 얻을 수 있어, A/D 컨버터 등의 복잡한 로직을 사용할 필요가 없다. In this method, a digital value can be obtained by a simple mechanism such as a counter or a clock, and it is not necessary to use complicated logic such as an A / D converter.
(2) 실시형태의 상세 (2) Details of Embodiment
본 실시형태는 크게 나누어, [광검출 장치], [광검출 반도체 장치], 및 [디지털 출력 광검출 회로] 로 이루어지고, 이하에서 이들에 관해 순차적으로 설명한다.The present embodiment is roughly divided into [optical detecting device], [optical detecting semiconductor device], and [digital output optical detecting circuit], and these will be sequentially described below.
또, 이하에서는 수광 소자로서 포토다이오드를 사용하여 설명하는데, 예를 들어, 포토트랜지스터 등 그밖의 소자를 사용하는 것도 가능하다.In the following description, a photodiode is used as a light receiving element. For example, other elements such as a phototransistor may be used.
[광검출 장치에 관한 실시형태][Embodiment of photodetecting device]
종래의 광검출 장치는 포토다이오드가 발생시킨 전류의 차분을 취하여 광 강도를 측정했었는데, SN 비를 개선하여 충분한 감도를 얻기 위해서는 수광 소자의 전류를 크게 할 필요가 있고, 그를 위해서는 수광 소자의 면적을 크게 할 필요가 있었다.In the conventional photodetector, the light intensity is measured by taking the difference of the current generated by the photodiode. However, in order to improve the SN ratio and obtain sufficient sensitivity, it is necessary to increase the current of the light receiving element. It was necessary to enlarge it.
이 때문에, 감도를 향상시키고자 하면 반도체 장치 및 당해 반도체 장치가 형성된 IC 칩의 사이즈가 커져, 센서의 소형화가 곤란하다는 문제가 있었다.Therefore, if the sensitivity is to be improved, there is a problem that the size of the semiconductor device and the IC chip on which the semiconductor device is formed becomes large, making it difficult to downsize the sensor.
그래서 본 실시형태에서는, 포토다이오드에 발생한 전하를 일정 시간 축적시키고, 축적된 전하를 앰프로 증폭시켜 차분을 취하는 방식을 사용한다.Thus, in the present embodiment, a method of accumulating charge generated in the photodiode for a predetermined time and amplifying the accumulated charge by an amplifier to take a difference is used.
도 1 은, 본 실시형태에서 사용하는 포토다이오드가 형성된 반도체 장치의 일례를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an example of a semiconductor device in which a photodiode used in the present embodiment is formed.
반도체 장치 (6) 는, 예를 들어, 실리콘의 단결정을 재료로 형성된 것으로, P 형으로 형성된 P 형 기판 (3) 과, N 형의 영역인 N 형 층 (4, 5) 으로 구성되어 있다.The
N 형 층 (4, 5) 은 P 형 기판 (3) 의 표면에서부터 소정 깊이에 걸쳐 형성되어 있고, N 형 층 (4) 은 N 형 층 (5) 보다 깊은 위치까지 형성되어 있다.The N-
그리고, N 형 층 (4) 과 P 형 기판 (3) 에 의해서 포토다이오드 (1) 가 구성되고, N 형 층 (5) 과 P 형 기판 (3) 에 의해서 포토다이오드 (2) 가 구성된다.The N-
반도체 장치 (6) 의 수광면 (표면) 에 광이 입사되면, 광의 에너지에 의해서 PN 접합부에 전자와 홀이 생성되고, 전압 또는 전류로서 그 출력을 얻을 수 있다.When light is incident on the light receiving surface (surface) of the
광은, 수광면부터 입사되어 PN 접합부에 도달할 때까지 N 형 층을 투과하는데, N 형 층의 광의 투과율은 광의 파장과 N 형 층의 두께에 따라 다르기 때문에, 포토다이오드 (1, 2) 는 상이한 분광 특성을 나타낸다.Since the light transmits through the N-type layer until it reaches the PN junction, the light transmittance of the N-type layer differs depending on the wavelength of the light and the thickness of the N-type layer. Therefore, the
여기서, 분광 특성이란, 포토다이오드의 출력과 입사되는 광의 파장의 대응 관계 (의존 관계) 를 의미하고, 분광 감도, 또는 분광 감도 특성 등으로 불리는 경우도 있다.Here, the spectral characteristic means a corresponding relationship (dependence) between the output of the photodiode and the wavelength of the incident light, and may be referred to as spectral sensitivity or spectral sensitivity characteristics.
이와 같이, 포토다이오드 (1) 는, 수광한 광에 의해서 전하를 발생하는 제 1 수광 소자로서 기능하고, 포토다이오드 (2) 는, 수광한 광에 의해서 전하를 발생하며, 제 1 수광 소자와 상이한 분광 특성을 갖는 제 2 수광 소자로서 기능한다.As described above, the
도 2 는, 포토다이오드 (1 : PD1) 와 포토다이오드 (2 : PD2) 의 분광 특성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 또, 도 2 는 개념을 설명하기 위한 모식도이기 때문에 반드시 엄밀하게 묘사되어 있지는 않다.2 is a diagram schematically showing the spectroscopic characteristics of the photodiode 1 (PD1) and the photodiode 2 (PD2). 2 is a schematic diagram for explaining the concept, it is not necessarily drawn strictly.
세로축은, 포토다이오드가 발생하는 출력 (전류, 전압 등) 을 나타내고, 가로축은 입사되는 광의 파장을 나타내고 있다. 또, 입사되는 광의 광 강도는 일정한 것으로 한다.The vertical axis represents the output (current, voltage, etc.) generated by the photodiode, and the horizontal axis represents the wavelength of the incident light. Further, the light intensity of the incident light is assumed to be constant.
이 예에서는, 포토다이오드 (2) 의 분광 감도 특성의 피크 파장이 포토다이오드 (1) 보다 단파장측에 있고, 포토다이오드 (2) 의 피크 파장에 있어서의 감도를 포토다이오드 (1) 보다 커지도록 하고, 적외 영역 (파장이 대략 700[㎚] 보다 긴 영역) 에서의 감도가 포토다이오드 (1) 와 동일하게 되어 있다.In this example, the peak wavelength of the spectral sensitivity characteristic of the
그 때문에, 양자의 차분을 취하면 적외 영역에서의 출력이 캔슬되어, 가시광 영역의 감도를 얻을 수 있다.Therefore, if the difference is taken, the output in the infrared region is canceled, and the sensitivity of the visible light region can be obtained.
포토다이오드 (1, 2) 의 분광 특성은 N 형 층의 두께 등에 따라서 개별적으로 조절할 수 있기 때문에, 포토다이오드 (1, 2) 의 분광 특성을 적당히 형성하고 이들 출력의 차분을 취함으로써 원하는 분광 특성을 얻을 수 있다.Since the spectroscopic characteristics of the
도 3 은, 본 실시형태에 관련된 광검출 장치 (10) 의 구성을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a configuration of the
광검출 장치 (10) 는, 예를 들어 외계의 조도를 측정하는 조도계로서 사용되며, 휴대전화의 액정 표시 화면에 있어서 백라이트의 휘도를 조절하기 위해서 사용된다.The light detecting
포토다이오드 (1, 2) 는, 각각 분광 특성이 상이한 포토다이오드로, 출력의 차분이 육안의 분광 특성에 가까워지도록 구성되어 있다.Each of the
포토다이오드 (1) 의 애노드 단자는 접지되고, 캐소드 단자는, 앰프 (13) 에 접속됨과 함께 스위치 (17) 를 통하여 직류 전원 (19) 에 접속되어 있다.The anode terminal of the
스위치 (17) 는 트랜지스터 등의 스위칭 소자로 구성되어 있고, 리셋 회로 (16) 로부터의 리셋 신호에 의해서 포토다이오드 (1) 와 직류 전원 (19) 의 접속을 온 오프한다.The
앰프 (13) 는 연산 앰프 등의 증폭 회로에 의해서 구성되어 있으며, 포토다이오드 (1) 의 캐소드 단자의 전압을 검지하고 이것을 증폭시켜, 차분 회로 (15) 에 출력한다.The
앰프 (13) 는, 예를 들어, 입력 임피던스를 무한대로 하여 포토다이오드 (1) 로부터 전류가 유입되지 않도록 되어 있어, 포토다이오드 (1) 에 생성되어 있는 전압에 영향을 주지 않으면서 이것을 증폭시킬 수 있다.For example, the
직류 전원 (19) 은, 예를 들어 정전압 회로에 의해서 구성되어 있고, 스위치 (17) 를 온하면, 포토다이오드 (1) 의 캐소드 단자를 기준 전압으로 한다.The
한편, 스위치 (17) 를 오프시키면, 캐소드 단자가 전기적으로 개방단 상태 (플로팅 상태) 가 되어 광 강도에 따른 전하가 포토다이오드 (1) 에 축적된다.On the other hand, when the
이 경우, 포토다이오드 (1) 는, 직류 전원 (19) 에 의해서 역방향으로 바이어스되어 있기 때문에, 캐소드 단자의 전압은 포토다이오드 (1) 에 생긴 전자에 의해서 저하된다.In this case, since the
이와 같이, 포토다이오드 (1) 에 축적된 전하의 양을 전압으로서 검지할 수 있다. 그리고, 이 저하의 속도는 전자가 생성되는 속도, 즉 광 강도에 반비례한다.In this manner, the amount of charge accumulated in the
다시 스위치 (17) 를 온하면, 포토다이오드 (1) 에 축적된 전하가 초기 상태로 리셋되어, 캐소드 단자의 전압은 기준 전압이 된다.When the
스위치 (18), 포토다이오드 (2), 앰프 (14) 의 구성은, 각각 스위치 (17), 포토다이오드 (1), 앰프 (14) 와 동일하다.The configurations of the
리셋 회로 (16) 는 리셋 신호를 소정 간격으로 스위치 (17, 18) 에 송신하고, 이들을 동시에 온오프한다.The
그리고, 리셋 회로 (16) 는, 스위치 (17, 18) 를 온으로 함으로써 포토다이오드 (1, 2) 의 캐소드 단자의 전압을 기준 전압으로 (즉, 포토다이오드 (1, 2) 에 축적된 전하를 초기값으로) 리셋하고, 오프함으로써 포토다이오드 (1, 2) 에 전하를 축적시킨다.The
이와 같이, 리셋 회로 (16) 와 스위치 (17, 18) 는 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자의 단자를 개방단 상태로 함으로써, 당해 수광 소자가 발생한 전하를 축적시키는 축적 수단으로서 기능함과 함께, 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자의 소정의 전극 (이 경우 캐소드 단자) 을 소정의 정전압원 (직류 전원 (19)) 에 접속시킴으로써, 당해 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하는 리셋 수단으로서 기능하고 있다.As described above, the
차분 회로 (15) 는 앰프 (13) 와 앰프 (14) 로부터 출력된 전압을 받아들여, 이들의 차분을 생성하고, 이것을 조도 판정부 (12) 로 출력한다.The
이와 같이, 차분 회로 (15) 는, 제 1 수광 소자 (포토다이오드 (1)) 와 제 2 수광 소자 (포토다이오드 (2)) 에 축적시킨 전하의 차분을 취득하는 차분 취득 수단으로서 기능함과 함께, 당해 취득한 차분을 (조도 판정부 (12) 에) 출력하는 차분 출력 수단으로서 기능하고 있다.As described above, the
또한, 차분 회로 (15) 는, 제 1 수광 소자 (포토다이오드 (1)) 와 제 2 수광 소자 (포토다이오드 (2)) 의, 소정의 전극간 (캐소드 단자간) 전압차에 의해서, 이들이 축적한 전하의 차분을 취득하고 있다.The
조도 판정부 (12) 는, 리셋 회로 (16) 의 리셋 신호와 동기하여 차분 회로 (15) 로부터 출력되는 전압의 차분을 (예를 들어 리셋 직전에) 샘플링하여 취득하고, 당해 차분에 의해서 조도를 판정한다.The
조도 판정부 (12) 는, 예를 들어 차분과 조도와의 대응을 기억하고 있어, 이것에 의해 외계의 조도를 판정할 수 있다.The
조도 판정부 (12) 는, 광검출 장치 (10) (여기서는, 광검출 장치 (10) 로부터 조도 판정부 (12) 를 제외시킨 구성) 의 출력을 사용하여 외계의 밝기를 판단하는 밝기 판단 수단으로서 기능하고 있다.The
또한, 도시하지는 않지만, 조도 판정부 (12) 는, 예를 들어 액정 표시 장치의 백라이트의 휘도를 조절하는 휘도 조절부에 접속되어 있어, 당해 휘도 조절부는, 조도 판정부 (12) 의 판정 결과에 의해 액정 표시 장치의 백라이트의 휘도를 조절하도록 되어 있다.Although not shown, the
여기서 액정 표시 장치는 화상을 표시하는 화상 표시 수단으로서 기능하고 있으며, 휘도 조절부는, 조도 판정부 (12) 가 판단한 밝기에 따라서 화상 표시 수단의 휘도를 조절하는 휘도 조절 수단으로서 기능하고 있다.Here, the liquid crystal display device functions as an image display means for displaying an image, and the brightness adjusting section functions as a brightness adjusting means for adjusting the brightness of the image displaying means in accordance with the brightness determined by the
이상과 같이 구성된 광검출 장치 (10) 의 동작에 관해서 설명한다.The operation of the
먼저, 포토다이오드 (1) 의 동작에 관해서 설명한다.First, the operation of the
리셋 회로 (16) 가 스위치 (17) 를 온하면, 직류 전원 (19) 에 의해, 포토다이오드 (1) 의 캐소드 단자는 기준 전압이 되고, 포토다이오드 (1) 에 축적되어 있는 전하가 초기값으로 리셋된다.When the
다음으로, 리셋 회로 (16) 가 스위치 (17) 를 오프하면, 포토다이오드 (1) 는 직류 전원 (19) 으로부터 분리되고, 또한 앰프 (13) 의 입력 임피던스가 무한대이기 때문에, 캐소드 단자가 전기적으로 회로로부터 분리된 개방단 상태가 된다.Next, when the
이 경우, 포토다이오드 (1) 는 도면 중의 파선 테두리로 나타낸 바와 같이, PN 접합면이 콘덴서와 동일하게 작용하여, 광에 의해서 생성된 전하를 축적한다.In this case, as shown by the dashed outline in the drawing, the
그리고, 직류 전원 (19) 에 의해서 역방향으로 바이어스되어 있기 때문에, 포토다이오드 (1) 에 축적되는 전하에 의해서 캐소드 단자의 전압이 광의 강도에 따른 빠르기로 내려간다.The voltage of the cathode terminal is lowered to a speed corresponding to the intensity of light by the charge accumulated in the
리셋 회로 (16) 는 스위치 (17) 의 온오프를 반복하기 때문에, 포토다이오드 (1) 의 캐소드 단자의 전압은, 기준 전압 (전하 리셋) → 전압 저하 (전하 축적) → 기준 전압 (전하 리셋) → …, 과 같은 상태를 되풀이한다. 이 모습은, 도 13(a) 에 나타나 있다.Since the
포토다이오드 (2) 도 동일하게 하여 기준 전압 → 전압 저하 → 기준 전압 → …, 과 같은 상태를 포토다이오드 (1) 와 동기하여 되풀이하는데, 포토다이오드 (1, 2) 는 분광 특성이 상이하기 때문에 전압이 저하되는 속도가 상이하다.In the same manner as the
그 때문에, 포토다이오드 (1, 2) 의 출력을 증폭시킨 후, 차분 회로 (15) 로 그 차분을 취하면, 그 차분은 포토다이오드 (1, 2) 에 축적된 전하의 차, 즉 조도에 따른 값으로 되어 있다.Therefore, if the difference is taken by the
그래서, 조도 판정부 (12) 는, 차분 회로 (15) 의 출력을, 리셋하고 나서 소정 시간 후 (예를 들어, 다음 번 리셋 직전) 에 검지하면, 리셋으로부터 검지까지의 사이에 포토다이오드 (1, 2) 에 축적된 전하의 차분을 전압차로서 검출할 수 있고, 이것에 의해 조도를 판정할 수 있다.Thus, when the output of the
이상과 같이, 광검출 장치 (10) 는, 분광 특성이 상이한 2 개의 수광 소자 (포토다이오드 (1, 2)) 의 출력이 앰프의 입력에 접속되어 있음과 함께, 수광 소자는 플로팅 상태로 될 수 있다.As described above, in the
또한, 광검출 장치 (10) 는, 직류 전원 (19) 과 리셋 회로 (16) 를 사용하여 일정 주기로 수광 소자의 전하를 리셋하는 기구로 되어 있고, 이것에 의해 일정 주기로 수광 소자에 전하 축적을 하고, 앰프에 의해 증폭시킨 신호의 차를 출력하는 방식으로 되어 있다.The
그리고, 분광 특성이 상이한 2 개의 수광 소자의 전압의 출력차를 얻음으로써 원하는 분광 특성을 얻을 수 있다.By obtaining the output difference of the voltages of the two light receiving elements having different spectral characteristics, desired spectral characteristics can be obtained.
또, 앰프의 입력 전압 Vin 은, 수광 소자의 전체 용량 C 와 광 조도에 의해 발생하는 전하 Q 로부터 Vin= Q/C 인 식에 의해 결정되기 때문에, 수광 소자의 용량을 작게 함으로써 센서 감도를 높일 수 있다.Since the input voltage Vin of the amplifier is determined by the equation of Vin = Q / C from the total capacitance C of the light receiving element and the charge Q generated by the light intensity, the sensor sensitivity can be increased by reducing the capacitance of the light receiving element have.
이는, 센서의 소형화에 의해서 센서의 감도가 향상되는 것을 의미하여, 센서의 소형화 관점에서 유리한 성질로 되어 있다.This means that the sensitivity of the sensor is improved by miniaturization of the sensor, which is advantageous from the viewpoint of downsizing of the sensor.
또, 광검출 장치 (10) 는, 예를 들어 실내의 조도를 측정하는 것으로 하였는데, 이것은 일례이며, 포토다이오드 (1, 2) 의 분광 특성을 적당히 형성함으로써, 예를 들어 자외선 센서로서 사용하는 것도 가능하다.The
(변형예 1) (Modified Example 1)
포토다이오드 (1, 2) 는, 수광하는 광이 강할수록 전하를 급격히 축전한다. 그 때문에, 조도가 크면, 조도 판정부 (12) 가 차분 회로 (15) 의 출력을 검지하기 전에 포토다이오드 (1, 2) 의 출력이 포화되어, 올바른 값을 측정할 수 없는 경우가 있을 수 있다.The
그래서, 본 변형예에서는, 수광하는 광의 세기가 강할수록 리셋 간격을 짧게 해서 전하의 축적 기간을 짧게 하여, 포토다이오드 (1, 2) 의 포화를 방지하도록 한다. 이로써, 다이나믹 레인지를 넓게 할 수 있다.Thus, in this modified example, as the intensity of the light received becomes strong, the reset interval is shortened to shorten the charge accumulation period to prevent saturation of the
도 4(a) 는, 리셋시에 포토다이오드 (2) 의 출력이 포화되어 있는 경우를 설명하기 위한 모식도이다.4A is a schematic diagram for explaining a case where the output of the
먼저, 포토다이오드 (1, 2) 를 직류 전원 (19) 에 접속하여 캐소드 단자의 전압을 기준 전압으로 한 후, 스위치 (17, 18) 를 오프로 하면, 캐소드 단자는 전압이 도면에 나타낸 바와 같이 저하되어 간다.First, when the
또, 여기서는 분광 특성의 차이에 의해서, 포토다이오드 (2) 는 포토다이오드 (1) 보다 빠르게 전압이 저하되는 것으로 한다.It is assumed here that the voltage of the
도 4(a) 에서는, 광 강도가 크기 때문에, 포토다이오드 (2) 의 출력이 리셋 시각 t1 에 도달하기 전에 포화되어 있다.In Fig. 4 (a), since the light intensity is large, the output of the
조도 판정부 (12) 는, 리셋 직전에 차분 회로 (15) 의 출력을 검지하는 것으로 하면, 리셋 시각 t1 에서는, 포토다이오드 (1) 에 관해서는 광 강도에 따른 전압인 E1 이 검지되지만, 포토다이오드 (2) 에 관해서는 출력이 포화되어 있기 때문에, 광 강도에 따른 검출값을 얻을 수 없다.Assuming that the output of the
그래서, 본 변형예에서는, 도 4(b) 에 나타낸 바와 같이, 전압의 강하가 큰 측의 포토다이오드 (이 경우 포토다이오드 (2)) 의 전압이 소정의 비교용 기준 전압 (이하, 비교 전압) 에 도달한 경우에 리셋을 실시하도록 한다.4 (b), the voltage of the photodiode (in this case, the photodiode 2) on the side where the voltage drop is large is larger than a predetermined comparison reference voltage (hereinafter referred to as a comparison voltage) The resetting is performed.
도 4(b) 의 예에서는, 포토다이오드 (2) 가 비교 전압으로 된 시각 t2 에 리셋을 실시하고, 이 경우, 포토다이오드 (1) 의 전압은 E2 로 되어 있다.In the example of Fig. 4 (b), the
그 때문에, 포토다이오드 (1, 2) 의 어느 쪽도 광 강도에 따른 전압을 출력할 수 있다.Therefore, either of the
도 5 는, 이상과 같은 동작을 실시하는 광검출 장치 (10a) 의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3 과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 간략화 또는 생략하기로 한다.Fig. 5 is a diagram showing a configuration of the
광검출 장치 (10a) 는, 광검출 장치 (10) 의 구성에 추가로 직류 전원 (22) 과 콤퍼레이터 (21) 를 구비하고 있다.The
직류 전원 (22) 은, 비교 전압을 콤퍼레이터 (21) 에 제공하는 정전압원이다. 여기서는, 직류 전원 (22) 은 고정된 비교 전압을 출력하도록 구성되어 있지만, 비교 전압을 가변으로 하여, 광 강도에 적합한 비교 전압을 선택할 수 있도록 구성할 수도 있다.The
콤퍼레이터 (21) 는, 예를 들어, 앰프 (14) 의 출력이 비교 전압보다 큰 경우에는 1 을 출력하고, 비교 전압 이하인 경우에는 0 을 출력하는 등과 같이, 앰프 (14) 에 의해 증폭된 포토다이오드 (2) 의 전압과 비교 전압의 대소 관계를 비교하고, 그 비교 결과를 디지털 신호로 출력한다.The
리셋 회로 (16) 는 콤퍼레이터 (21) 의 출력을 감시하고 있어, 앰프 (14) 의 전압이 비교 전압까지 저하된 것을 검지하면 (위의 예에서는 출력이 1 에서 0 으로 전환된 것을 검지하면), 스위치 (17, 18) 를 리셋한다.The
이것에 의해, 광검출 장치 (10a) 는, 포토다이오드 (1, 2) 의 출력이 포화되기 전에 전하를 리셋할 수 있다.Thereby, the
또한, 조도 판정부 (12) 는, 앰프 (13, 14) 의 전압차와, 리셋 간격과, 광 강도의 대응을 기억하거나 하여, 차분 회로 (15) 의 출력으로부터 조도를 판정할 수 있도록 되어 있다.The
콤퍼레이터 (21) 와 직류 전원 (22) 은, 축적 수단이 전하를 축적하는 시간을 광의 세기에 따라서 변경하는 변경 수단으로서 기능하고 있다.The
이와 같이, 본 변형예에서는, 수광 소자가 전하를 축적하는 기간을 조도에 따라서 변경하는 (구체적으로는 조도가 클수록 축적 기간을 짧게 하는) 기능을 구비함으로써, 고(高)다이나믹 레인지 (조도를 측정할 수 있는 범위의 넓이) 의 조도 센서를 실현할 수 있다.As described above, in this modification, the light receiving element is provided with the function of changing the period in which the charge accumulates in accordance with the illuminance (specifically, the shorter the accumulation period is, the larger the illuminance is). Thus, a high dynamic range The width of the range that can be achieved).
(변형예 2) (Modified example 2)
광검출 장치 (10) (도 3) 의 앰프 (13, 14) 나 차분 회로 (15) 는, 도시하지 않은 전원으로부터 전력 공급을 받아서 증폭 처리나 차분 처리를 실시한다.The
그래서, 본 변형예에서는, 앰프 (13, 14) 나 차분 회로 (15) 를 상시 구동시키는 것은 하지 않고, 조도 판정부 (12) 가 포토다이오드 (1, 2) 의 차분을 검지하여 판정할 때에만 (즉, 필요할 때에만) 이들을 간헐적으로 구동함으로써 소비 전력을 절약한다.Thus, in this modification, the
도 6 은, 본 변형예에 관련된 광검출 장치 (10b) 의 구성을 나타낸 도면이다.Fig. 6 is a diagram showing a configuration of the optical detecting
또, 도 3 과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 간략화 또는 생략하기로 한다.3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
또한, 도면을 간략화하기 위해서, 포토다이오드 (2), 앰프 (14), 스위치 (18) 는 생략해 둔다.In order to simplify the drawing, the
광검출 장치 (10b) 는, 광검출 장치 (10) 의 구성에 추가로 타이머 클록 (31), 스위치 (32, 33) 를 구비하고 있다.The
스위치 (32) 와 스위치 (33) 는 트랜지스터 등의 스위칭 소자에 의해 구성되어 있으며, 각각 차분 회로 (15) 와 앰프 (13) 에 대한 전력 공급을 온오프한다. 또한, 도시하지 않았지만 앰프 (14) 에도 동일한 스위치가 형성되어 있다.The
타이머 클록 (31) 은, 소정 시간 간격으로 스위치 (32, 33) 를 온오프하는 클록으로, 그 클록을 조도 판정부 (12) 에도 출력한다.The
타이머 클록 (31) 은, 예를 들어, 내부 클록을 분주 회로에 의해 저주기의 클록을 발생시키거나 하여 형성할 수 있다.The
조도 판정부 (12) 는 타이머 클록 (31) 이 출력하는 클록과 동기하여 동작하여, 스위치 (32, 33) 가 온으로 된 타이밍에 차분 회로 (15) 의 출력을 검지한다.The
리셋 회로 (16) 는 타이머 클록 (31) 과 동기하여 동작하여, 예를 들어, 조도 판정부 (12) 가 검지를 행한 직후에 포토다이오드 (1, 2) 의 전하를 리셋한다.The
이와 같이, 타이머 클록 (31), 스위치 (32, 33) 및 도시하지 않았지만 앰프 (14) 에 형성한 스위치는, 차분 출력 수단이 차분을 출력하는 타이밍에서 차분 출력 수단을 구동하는 구동 수단으로서 기능하고 있다.As described above, the
이상과 같이, 광검출 장치 (10b) 는, 포토다이오드 (1, 2) 의 출력의 차분을 조도 판정부 (12) 가 검지·판단할 때에만 앰프 (13, 14), 차분 회로 (15) 를 간헐 동작시키기 때문에, 광검출 장치 (10) 와 비교하여 전력 소비량을 저감할 수 있다.As described above, the
(변형예 3) (Modification 3)
본 변형예는, 광원의 플리커에 의한 영향을 저감하는 것이다.The present modification reduces the influence of the flicker of the light source.
형광등 등의 광원에는, 50[Hz] 이나 60[Hz] 등의 주기로 점멸 (깜빡거림) 을 반복하는 것이 있다. 이 현상은 플리커라고 불리고 있다.(Flashing) at a cycle of 50 [Hz] or 60 [Hz], for example, to a light source such as a fluorescent lamp. This phenomenon is called flicker.
광검출 장치 (10) (도 3) 에서, 플리커가 존재하는 광원의 광 강도를 측정하면, 조도 판정부 (12) 가 차분을 검지한 순간이 점멸의 어느 위치였던가에 따라서 조도의 측정치가 달라진다.When the light intensity of the light source in which the flicker is present is measured in the photodetector 10 (FIG. 3), the measured value of the illuminance changes depending on the position of the blinking moment when the
예를 들어, 휴대전화 등은 형광등으로 조명된 실내에서 사용되는 경우가 많기 때문에, 플리커가 존재하더라도 광 강도를 적절히 측정할 수 있도록 할 필요가 있다.For example, cellular phones and the like are often used in a room illuminated by a fluorescent lamp, so that it is necessary to be able to appropriately measure the light intensity even in the presence of flicker.
그래서, 본 변형예에서는, 포토다이오드 (1, 2) 의 차분을 시간 평균화함으로써 플리커의 영향을 완화시킨다.Thus, in this modification, the influence of the flicker is alleviated by time-averaging the difference between the
도 7 은, 플리커 대책을 실시한 광검출 장치 (10c) 의 구성을 나타낸 도면이다. 또, 도 3 과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 간략화 또는 생략하기로 한다.Fig. 7 is a diagram showing the configuration of the
또한, 도면을 간략화하기 위해서, 포토다이오드 (2), 앰프 (14), 스위치 (18) 는 생략해 둔다.In order to simplify the drawing, the
광검출 장치 (10c) 는, 광검출 장치 (10) 의 구성에 있어서 차분 회로 (15) 와 조도 판정부 (12) 사이에 적분 회로 (41) 를 구비한 구성으로 되어 있으며, 차분 회로 (15) 의 출력을 적분 회로 (41) 에서 적분하도록 되어 있다.The
적분 회로 (41) 는, 차분 회로 (15) 의 출력을 시간으로 적분하고, 그 결과 얻어진 적분값을 출력한다. 적분값은, 복수 회의 검출값의 누적값으로 되어 있기 때문에, 평균화에 의해서 차분의 변동이 완화된다.The
이와 같이, 적분 회로 (41) 는, 플리커 등에 의해서 광원이 발하는 광 강도가 변동하는 경우에 차분 회로 (15) 의 차분에 생기는 변동을 완화시키는 완화 수단으로서 기능하고 있다.As described above, the integrating
조도 판정부 (12) 는, 리셋 회로 (16) 의 리셋 신호와 제휴하여 동작하도록 되어 있어, 적분 회로 (41) 가 적분을 시작한 후, 리셋 회로 (16) 가 소정 횟수만큼 리셋한 시점에서 그 적분값을 검지한다.The
또, 조도 판정부 (12) 가 검지를 행한 경우에는, 적분 회로 (41) 의 적분값을 0 으로 하는 등 초기화하기로 한다.When the
이와 같이, 본 실시형태에서는, 플리커에 의해서 차분 회로 (15) 의 출력에 편차가 생겨도, 적분 회로 (41) 에서 복수 회의 측정값이 가산됨으로써 출력의 변동이 평균화되어, 플리커의 영향을 억제한 검출값을 얻을 수 있다.As described above, in the present embodiment, even if the output of the
또, 본 변형예에서는, 플리커의 영향을 억제하기 위해서 적분을 사용하였는데, 어떤 방법으로 플리커에 의한 검출값의 편차를 완화시킬 수 있는 것이면 된다.In this modification, integration is used to suppress the influence of the flicker, but any method may be used that can alleviate the deviation of the detection value by the flicker in some way.
이상에서 설명한 본 실시형태 및 변형예에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The following effects can be obtained by the present embodiment and modifications described above.
(1) 포토다이오드 (1, 2) 에 수광된 광에 의해서 발생한 전하를 축적시킬 수 있다.(1) Charges generated by light received by the
(2) 분광 특성이 상이한 2 개의 포토다이오드 (1, 2) 가 발생한 전하의 차분을 취함으로써 원하는 분광 특성을 얻을 수 있다.(2) The desired spectral characteristics can be obtained by taking the difference between charges generated by the two
(3) 포토다이오드 (1, 2) 가 발생한 전하의 양을 전압에 의해서 검지할 수 있다.(3) The amount of charge generated in the
(4) 포토다이오드 (1, 2) 에 축적된 전하로 광 강도를 측정하기 때문에, 큰 광전류가 필요없어, 포토다이오드 (1, 2) 를 소형화할 수 있다.(4) Since the light intensity is measured by the electric charges accumulated in the
(5) 포토다이오드 (1, 2) 의 용량을 작게 함으로써 큰 감도를 얻을 수 있기 때문에 포토다이오드 (1, 2) 의 면적을 작게 할 수 있어, 저비용의 센서를 실현할 수 있다.(5) Since the sensitivity of the
(6) 포토다이오드 (1, 2) 에 축적된 전하의 리셋 간격을 외광의 강약에 따라서 변화시킬 수 있어, 넓은 다이나믹 레인지를 실현할 수 있다.(6) The reset interval of the charges accumulated in the
(7) 앰프 (13, 14) 나 차분 회로 (15) 를, 필요할 때에만 구동시킴으로써 소비 전력을 절약할 수 있다.(7) The power consumption can be saved by driving the
(8) 적분 회로 (41) 에 의해서 플리커의 영향을 완화시킴으로써, 플리커의 영향을 저감할 수 있다.(8) By reducing the influence of the flicker by the integrating
(9) 분광 특성이 상이한 2 개의 수광 소자와, 당해 수광 소자의 출력이 접속된 앰프와, 수광 소자를 플로팅 상태로 한 후 일정 주기로 수광 소자의 전하를 리셋하는 기구를 갖는 IC (집적 회로) 에 있어서, 일정 주기로 수광 소자에 전하 축적하고, 앰프에 의해 증폭시킨 신호의 차를 출력함으로써 소형의 조도 센서로 할 수 있다.(9) An IC (integrated circuit) having two light-receiving elements having different spectral characteristics, an amplifier connected to the output of the light-receiving element, and a mechanism for resetting the charge of the light-receiving element at regular intervals after putting the light- Thus, a small illuminance sensor can be obtained by accumulating charge in the light receiving element at regular intervals and outputting the difference between the signals amplified by the amplifier.
[광검출 반도체 장치에 관한 실시형태][Embodiment of photodetecting semiconductor device]
광검출 장치 (10) 에서는, 도 1 에 나타낸 구조의 반도체 장치 (6) 를 사용할 수 있지만, 이것과는 상이한 구조의 반도체 장치를 사용하는 것도 가능하다.Although the
이하에서는, 광검출 장치 (10) 에 적용할 수 있는 다른 형태의 반도체 장치에 관해서 설명한다.Hereinafter, another type of semiconductor device applicable to the
(광검출 반도체 장치의 제 1 실시형태)(First Embodiment of Photodetecting Semiconductor Device)
광검출 장치 (10) 는, 포토다이오드 (1, 2) 에 전하를 축적하여 조도를 측정한다. 그 때문에, 종래와 같이 전류의 차분을 취하는 경우와 비교하여 외부로부터의 전자파의 영향이 측정 결과에 영향을 미칠 가능성이 있다.The
그래서, 본 실시형태에서는, 포토다이오드 상에 광 투과성이 있는 박막 전극을 배치하여, 외부로부터의 전자파 노이즈 (예를 들어, 상용 전파나 전기기기로부터 발생하는 전자파 노이즈) 로부터 포토다이오드를 시일드한다.Therefore, in the present embodiment, a thin film electrode having optical transparency is disposed on the photodiode to shield the photodiode from external electromagnetic noise (for example, commercial wave or electromagnetic wave noise generated from electric equipment).
도 8(a) 는, 본 실시형태에 관련된 반도체 장치 (6a) 의 구조를 나타낸 도면이다.8A is a diagram showing the structure of the
반도체 장치 (6a) 는 광검출 반도체 장치로서, 반도체 장치 (6) 와 동일하게 P 형 기판 (3) 에 두께가 상이한 N 형 층 (4, 5) 이 형성되어 있다.The
여기서, 포토다이오드 (1) 는, 제 1 도전형 (여기서는 P 형) 의 반도체에 의해서 구성된 반도체 기판 (P 형 기판 (3)) 과, 당해 반도체 기판의 표면에서부터 소정의 깊이에 걸쳐 형성된 제 2 도전형 (여기서는 N 형) 의 반도체에 의한 제 1 도전층 (N 형 층 (4)) 으로 구성된 제 1 수광 소자로서 기능하고, 포토다이오드 (2) 는, 반도체 기판 (P 형 기판 (3)) 과, 당해 반도체 기판의 표면에서부터 소정의 깊이보다 깊은 깊이에 걸쳐서 형성된 제 2 도전형 반도체에 의한 제 2 도전층 (N 형 층 (5)) 으로 구성된 제 2 수광 소자로서 기능하고 있다.Here, the
N 형 층 (4, 5) 의 상면에는, 박막형상의 P 형 층 (51, 51, …) 이 형성되어 있다.On the upper surfaces of the N-
P 형 층 (51) 은, 검출 대상인 광에 관해서 투과성을 갖고, 도전성이 있기 때문에, 조도 측정용 광은 투과시키는 한편, 외부로부터 수광면에 진입해 오는 전자파는 시일드한다.Since the P-
P 형 층 (51) 은, 반도체 장치 (6a) 를 제조할 때에 통상적인 반도체 제조 프로세스로 형성할 수 있기 때문에, 저비용으로 형성할 수 있다.The P-
이와 같이, 제 1 도전층 (N 형 층 (4)) 과 제 2 도전층 (N 형 층 (5)) 의 표면에는 광을 투과시키고, 도전성을 갖는 전자파 시일드층 (P 형 층 (51)) 이 형성되어 있다.As described above, light is transmitted through the surface of the first conductive layer (N-type layer 4) and the second conductive layer (N-type layer 5), and the electromagnetic wave shield layer (P- Respectively.
또, P 형 층 (51) 은, 접지하면 보다 효과적으로 시일드 기능을 발휘할 수 있다.In addition, the P-
N 형 층 (4, 5) 에 접속하는 알루미늄 배선 (52, 52) 은, N 형의 농도가 진한 N+ 층 (55) 을 개재하여 N 형 층 (4, 5) 에 접속되어 있다.The
P 형 층 (51) 에는 배선용 관통구멍이 형성되고, 알루미늄 배선 (52) 은, 당해 관통구멍에 형성되어 있다.A wiring through hole is formed in the P-
또한, P 형 기판 (3) 은, P 형의 농도가 진한 P+ 층 (56) 으로 알루미늄 배선 (54) 과 접속하여 접지되어 있다.The P-
수광면에서 포토다이오드가 형성되어 있지 않은 영역에는 차광용 알루미늄 (53, 53, …) 이 형성되어 있어, 광의 입사를 차단하고 있다.On the light-receiving surface, light-shielding aluminum (53, 53, ...) is formed in a region where the photodiode is not formed, thereby blocking light incidence.
도 8(b) 는, 포토다이오드 (1) (PD1) 와 포토다이오드 (2) (PD2) 의 분광 특성의 개요를 나타낸 모식도이다.8 (b) is a schematic diagram showing an outline of spectroscopic characteristics of the photodiodes 1 (PD1) and 2 (PD2).
N 형 층 (4) 이 깊은 포토다이오드 (1) 는, 포토다이오드 (2) 보다 적외선측의 감도가 좋아진다.The sensitivity of the
도 9(a) 는, 본 실시형태의 변형예에 관련된 반도체 장치 (6b) 의 구조를 나타낸 도면이다.9A is a diagram showing a structure of a
반도체 장치 (6b) 는, 박막 형상의 폴리실리콘층 (57, 57, …) 으로 형성되어 있다. 폴리실리콘층 (57) 도 검출 대상인 광은 투과시키고 전자파를 시일드할 수 있다. 또한, 통상적인 반도체 제조 프로세스로 용이하게 형성할 수 있다.The
다른 구성은 반도체 장치 (6a) 와 동일하고, 분광 특성도 도 9(b) 에 나타낸 바와 같이 반도체 장치 (6a) 와 동일하다.The other configuration is the same as that of the
이상과 같이, 본 실시형태 및 변형예에서는, 수광 소자 상에 투과성이 있는 박막 전극 (예를 들어, 1000[Å] 정도의 폴리실리콘) 을 배치하여, 외부로부터의 전자파 노이즈를 시일드할 수 있다.As described above, in the present embodiment and the modification, a thin-film electrode (for example, polysilicon having a thickness of about 1000 [Angstroms]) having transparency on the light receiving element can be disposed to shield the electromagnetic noise from the outside .
(광검출 반도체 장치의 제 2 실시형태)(Second Embodiment of Photodetecting Semiconductor Device)
본 실시형태는, N 형 층의 깊이는 동일하게 하고, 수광면에 분광 특성을 갖는 필터를 형성함으로써 포토다이오드 (1, 2) 에 분광 특성의 차이를 생기게 하는 것이다.In the present embodiment, the depth of the N-type layer is the same, and a filter having spectral characteristics is formed on the light receiving surface, thereby causing the
도 10(a) 는, 본 실시형태에 관련된 반도체 장치 (6c) 의 구조를 나타낸 도면이다.10A is a diagram showing a structure of the
포토다이오드 (2) 의 N 형 층 (7) 은, N 형 층 (4) 과 동일한 깊이로 형성되어 있다. 이 때문에, N 형 층의 깊이에 의한 분광 특성은 포토다이오드 (1) 와 포토다이오드 (2) 에서 동일하게 된다.The N-type layer 7 of the
한편, N 형 층 (4) 의 상면에는 폴리실리콘층 (61) 이 형성되고, N 형 층 (7) 의 상면에는 폴리실리콘층 (61) 보다 두꺼운 폴리실리콘층 (62) 이 형성되어 있다. 다른 구성은 반도체 장치 (6) 와 동일하다.On the other hand, a
이와 같이, 반도체 장치 (6c) 에서는, 제 1 도전층 (N 형 층 (4)) 의 표면에는 광의 투과도가 광의 파장에 따라 달라지는 필터층 (폴리실리콘층 (61)) 이 형성되고, 제 2 도전층 (N 형 층 (7)) 의 표면에는, 당해 필터층과 상이한 의존성을 갖는 필터층 (폴리실리콘층 (62)) 이 형성되어 있다.As described above, in the
폴리실리콘은, 도 10(b) 에 나타낸 바와 같이, 두꺼워질수록 청색 ∼ 자외선 영역의 광을 감쇠 (커트) 하는 특성이 있다. 즉, 광의 파장에 따라서 투과율이 상이한 필터를 형성하고 있다.As shown in Fig. 10 (b), the polysilicon has a characteristic of attenuating (cutting) light in the blue to ultraviolet region as it gets thicker. That is, a filter having a different transmittance according to the wavelength of light is formed.
이 때문에, 폴리실리콘층 (62) 은 폴리실리콘층 (61) 과 비교하여 청색 ∼ 자외선 영역의 광의 투과율이 낮고, 이로써, 포토다이오드 (1) 와 포토다이오드 (2) 는 상이한 분광 특성을 나타내게 된다.Therefore, the
이렇게 해서, 수광 소자 상에 상이한 막두께의 폴리실리콘을 배치하여 상이한 분광 특성으로 할 수 있다.In this way, different spectral characteristics can be obtained by disposing polysilicon having different film thicknesses on the light receiving element.
도 10(c) 는 포토다이오드 (1, 2) 의 분광 특성을 나타낸 모식도로, 포토다이오드 (2) 는, 포토다이오드 (1) 와 비교하여 광의 파장이 짧은 측에서 감도가 낮아져 있다.10 (c) is a schematic diagram showing the spectroscopic characteristics of the
또한, 본 실시형태에서는 폴리실리콘의 박막을 필터로서 사용하였지만, 예를 들어, P 형 층의 박막을 필터로서 사용하는 것도 가능하다.Although the thin film of polysilicon is used as a filter in the present embodiment, it is also possible to use, for example, a thin film of a P-type layer as a filter.
도 11(a) 는, 본 실시형태의 변형예에 관련된 반도체 장치 (6d) 의 구조를 나타낸 도면이다. 이 예에서는, 포토다이오드 (1) 의 수광면에는 폴리실리콘층을 형성하지 않고, 포토다이오드 (2) 의 수광면에 폴리실리콘층 (63) 을 형성해 둔다.11A is a diagram showing a structure of a
이 경우에도, 포토다이오드 (2) 가 수광하는 광 중 청색 ∼ 자외선 영역에서 광이 감쇠하기 때문에, 도 11(b) 에 나타낸 바와 같이 반도체 장치 (6c) 와 동일한 특성을 나타낸다.Also in this case, since light is attenuated in the blue to ultraviolet region among the light received by the
이상, 반도체 장치 (6c, 6d) 에서는 N 형 층 (4, 7) 의 깊이를 동일하게 하였지만, 이것을 다른 깊이로 할 수도 있다.As described above, in the
필터와 N 형 층의 두께 양쪽을 조절함으로써, 보다 다양한 분광 특성을 실현할 수 있다.By adjusting both the thickness of the filter and the thickness of the N-type layer, more various spectral characteristics can be realized.
또한, 폴리실리콘층은 도전성을 갖고, 전자파의 시일드 기능도 가지고 있기 때문에, 포토다이오드의 분광 특성의 실현과 전자파의 시일드, 양쪽을 실현할 수 있다.Further, since the polysilicon layer has conductivity and also has a function of shielding electromagnetic waves, it is possible to realize both the spectroscopic characteristics of the photodiode and the shielding of electromagnetic waves.
이상에서 설명한 본 실시형태 및 변형예에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The following effects can be obtained by the present embodiment and modifications described above.
(1) 수광면에 입사되는 전자파를 도전성을 갖는 박막에 의해서 감쇠, 또는 커트할 수 있다.(1) The electromagnetic wave incident on the light receiving surface can be attenuated or cut by a thin film having conductivity.
(2) 광의 파장에 따라서 투과율이 상이한 필터를 수광면에 형성함으로써, 포토다이오드에 분광 특성을 부여할 수 있다.(2) By forming a filter having a different transmittance according to the wavelength of light on the light-receiving surface, spectroscopic characteristics can be imparted to the photodiode.
(3) 필터가 도전성을 가짐으로써, 전자파의 시일드도 동시에 실시할 수 있다.(3) Since the filter has conductivity, electromagnetic shielding can be performed at the same time.
[디지털 출력 광검출 회로에 관한 실시형태][Embodiment of Digital Output Photodetection Circuit]
포토다이오드 (1, 2) 의 출력은 아날로그값이고, 한편, 포토다이오드 (1, 2) 에 의해 검출한 광 강도를 이용하는 것은 휴대전화 등의 디지털 기기이다.The outputs of the
그 때문에, 포토다이오드 (1, 2) 에 의한 검출값을 디지털 신호로 변환할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to convert the detection values by the
그런데, 포토다이오드의 출력을 디지털 신호로 변환하는 경우, 종래에는 A/D 컨버터에 의해 디지털 신호로 변환하는 것이 행해지고 있었다.However, when the output of the photodiode is converted into a digital signal, conventionally, the digital signal is converted by the A / D converter.
이러한 기술로는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평11-304584호에 개시되어 있는 「광센서 회로」가 있다.Such a technique is, for example, an " optical sensor circuit " disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-304584.
이 기술은, 포토다이오드의 출력을 검출하기 위한 기준 전압을 복수 준비하여, A/D 컨버터의 입력 범위에 따른 기준 전압을 선택하는 것이다.In this technique, a plurality of reference voltages for detecting the output of the photodiode are prepared, and a reference voltage corresponding to the input range of the A / D converter is selected.
그러나, A/D 컨버터를 사용함으로써 로직의 규모가 커지고, 이에 수반하여 회로 규모도 커지기 때문에, IC 칩의 사이즈가 커져 소형화 요청에 어울리지 않을 뿐 아니라, 또한 제조 비용도 커진다는 문제가 있었다.However, the use of the A / D converter increases the size of the logic and increases the scale of the circuit, resulting in an increase in the size of the IC chip, making it unsuitable for a demand for miniaturization, and also increasing manufacturing costs.
그래서 본 실시형태에서는, 포토다이오드 (1, 2) 가 전하의 축적을 실시한다는 특성을 이용하여, 회로 규모가 큰 A/D 컨버터를 필요로 하지 않은 디지털 출력 광검출 회로를 제공한다.Thus, in the present embodiment, a digital output photodetection circuit that does not require an A / D converter having a large circuit scale is used by using the property that the
(디지털 출력 광검출 회로의 제 1 실시형태)(First Embodiment of Digital Output Photodetection Circuit)
본 실시형태에서는, 포토다이오드 (1, 2) 의 전압이 강하되는 시간을 기준 펄스의 횟수로 측정함으로써 광 강도를 디지털화한다.In the present embodiment, the light intensity is digitized by measuring the time during which the voltage of the
도 12(a) 는, 포토다이오드 (1) 의 출력을 디지털화하는 디지털화 회로 (77) 의 구성을 나타낸 도면이다.12 (a) is a diagram showing a configuration of a digitizing
디지털화 회로 (77) 는, 도 5 에 나타낸 광검출 장치 (10a) 와 동일한 구성 요소를 사용하여 구성되어 있다. 도 5 와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략·간략화한다.The digitizing
콤퍼레이터 (21) 는, 앰프 (13) 의 출력이 비교 전압보다 큰 경우에는 1 을 출력하고, 비교 전압 이하인 경우에는 0 을 출력하는 등과 같이, 앰프 (13) 에 의해 증폭된 포토다이오드 (1) 의 전압과 비교 전압의 대소 관계를 비교하고, 그 비교 결과를 디지털 신호로 출력한다.The
리셋 회로 (16) 는 콤퍼레이터 (21) 의 출력을 감시하고 있어, 앰프 (13) 의 전압이 비교 전압까지 저하된 것을 검지하면 (위의 예에서는 출력이 1 에서 0 으로 전환된 것을 검지하면), 스위치 (17) 를 온으로 하여 포토다이오드 (1) 의 전하를 리셋한다.The
포토다이오드 (1) 의 전압 (앰프 (13) 로 증폭시킨 것, 이하 동일) 이 기준 전압에서 비교 전압에 도달하기까지의 시간은 광 강도가 클수록 짧은 시간이 되기 때문에, 리셋 회로 (16) 가 리셋을 행하는 간격이 짧아진다.Since the time required for the voltage of the photodiode 1 (amplified by the
클록 (72) 은, 일정 간격의 펄스 신호인 클록 펄스를 발생하여, 이것을 카운터 회로 (71) 에 입력한다.The
클록 펄스의 펄스폭은, 포토다이오드 (1) 의 전압이 기준 전압에서 비교 전압에 도달하는 시간을 측정할 수 있도록, 당해 시간과 비교하여 충분히 짧게 설정되어 있다. 클록 (72) 은, 클록 신호를 발생하는 클록 신호 발생 수단으로서 기능하고 있다.The pulse width of the clock pulse is set to be sufficiently short as compared with the time so that the time at which the voltage of the
카운터 회로 (71) 는, 콤퍼레이터 (21) 로부터 비교 결과를 나타내는 디지털 신호의 입력을 받아들이고, 또한 클록 (72) 으로부터 클록 펄스의 입력을 받아들인다.The
그리고, 이들을 사용하여 포토다이오드 (1) 의 전압이 기준 전압에서 비교 전압으로 저하되기까지의 시간의 클록 펄스의 펄스수를 카운트하여, 그 카운트값을 출력한다.Then, using these, the number of clock pulses in a period of time from when the voltage of the
포토다이오드 (1) 의 출력이 비교 전압이 되기까지의 시간은 광 강도에 반비례하기 때문에 광 강도가 클수록 카운트값은 작아져, 광 강도에 대응한 카운트값이 얻어진다.Since the time until the output of the
이와 같이, 카운터 회로 (71) 는, 포토다이오드 (1) 에 축적된 전하의 양과 클록 (72) 이 발생한 클록 신호를 대응시킴으로써, 당해 축적된 전하의 양에 대응하는 카운트값을 생성하는 카운트값 생성 수단으로서 기능함과 함께, 당해 생성한 카운트값을 출력하는 카운트값 출력 수단으로서도 기능하고 있다.As described above, the
또한, 카운터 회로 (71) 는, 축적된 전하가 초기값에서 소정값까지 변화될 때까지 발생한 클록 신호의 수를 카운트값으로서 생성하고 있다.The
도 13 은, 디지털화 회로 (77) 에 관한 타이밍 차트를 나타낸 것이다.13 shows a timing chart of the digitizing
포토다이오드 (1) 의 출력 (도 13(a)) 은, 리셋 회로 (16) 의 리셋 신호 (도 13(c)) 에 의해서 기준 전압으로 리셋되고, 그 후 비교 전압에 도달할 때까지 광 강도가 클수록 빠르게 저하된다.The output (Fig. 13 (a)) of the
콤퍼레이터 (21) 가 출력하는 비교 결과 (도 13(b)) 는, 포토다이오드 (1) 의 전압이 기준 전압에서 비교 전압에 도달하면 0 을 출력하고, 이것에 의해 리셋 회로 (16) 가 리셋 신호 (도 13(c)) 를 출력한다.The comparison result (Fig. 13 (b)) output by the
카운터 회로 (71) 는, 콤퍼레이터 (21) 의 비교 결과가 1 로 되어 있는 기간, 클록 (72) 이 발생하는 클록 펄스를 측정하여 (도 13(d) 의 클록 펄스 측정 기간), 이 측정값을 출력한다.The
이렇게 해서, 디지털화 회로 (77) 에서는 광 강도가 클수록 측정되는 클록 펄스가 작아지기 때문에, 광 강도에 따른 펄스수가 얻어진다.In this way, in the digitizing
도 12(b) 는, 본 실시형태에 관련된 디지털 출력 광검출 회로 (75) 의 구성을 설명하기 위한 도면이다.12 (b) is a view for explaining a configuration of the digital output
디지털 출력 광검출 회로 (75) 는, 포토다이오드 (1) 의 출력을 디지털화하는 디지털화 회로 (77) 와, 포토다이오드 (2) 의 출력을 디지털화하는 디지털화 회로 (78) 를 구비하고 있다. 디지털화 회로 (78) 의 구성은 디지털화 회로 (77) 와 동일하다.The digital
차분 연산부 (73) 는, 디지털화 회로 (77, 78) 로부터 디지털값으로 변환된 포토다이오드 (1, 2) 의 출력을 받아서, 이들 차분을 디지털 처리에 의해 연산하고, 연산된 차분을 디지털값으로서 출력한다.The
이와 같이, 차분 연산부 (73) 는, 제 1 수광 소자 (포토다이오드 (1)) 가 축적한 전하의 양에 대응하는 제 1 카운트값과, 제 1 수광 소자와 상이한 분광 특성을 갖는 제 2 수광 소자 (포토다이오드 (2)) 가 축적한 전하의 양에 대응하는 제 2 카운트값을 취득하는 카운트값 취득 수단으로서 기능함과 함께, 당해 취득한 제 1 카운트값과 제 2 카운트값의 차분을 디지털 연산하는 차분 연산 수단으로서도 기능하며, 나아가, 당해 연산한 차분을 디지털값으로 출력하는 차분 출력 수단으로서도 기능하고 있다.Thus, the
이렇게 해서, 디지털 출력 광검출 회로 (75) 에서는, A/D 컨버터 등의 연산 로직을 사용하지 않고도 카운터 회로 (71) 나 클록 (72) 등을 사용한 간단한 구성에 의해, 포토다이오드 (1, 2) 의 차분을 디지털화할 수 있다.In this way, the digital
(디지털 출력 광검출 회로의 제 2 실시형태)(Second Embodiment of Digital Output Photodetection Circuit)
본 실시형태에서는, 기준 펄스의 기간 내에서 포토다이오드 (1, 2) 가 리셋되는 횟수를 측정함으로써 광 강도를 디지털화한다.In this embodiment, the light intensity is digitized by measuring the number of times the
이것은, 1 회 당 축적량을 단위로 하여, 기준 펄스의 기간 내에 축적된 전하의 양을 측정함으로써, 축적된 전하의 양과 발생한 클록 신호를 대응시키는 것이다.This is done by measuring the amount of charge accumulated in the reference pulse period with the accumulation amount per unit as a unit, thereby associating the accumulated charge amount with the generated clock signal.
도 14(a) 는, 포토다이오드 (1) 의 출력을 디지털화하는 디지털화 회로 (77a) 의 구성을 나타낸 도면이다.14 (a) is a diagram showing a configuration of a digitizing
본 실시형태에 관련된 디지털화 회로 (77a) 의 구성은 제 1 실시형태에 나타낸 디지털화 회로 (77) 와 동일하여, 대응하는 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략·간략화하는 것으로 한다.The configuration of the digitizing
콤퍼레이터 (21) 나 리셋 회로 (16) 의 구성은, 도 12(a) 와 동일하다.The configuration of the
클록 (72a) 은, 일정 간격의 펄스 신호인 기준 펄스를 발생시키고, 이것을 카운터 회로 (71) 에 입력한다.The
기준 펄스의 펄스폭은, 포토다이오드 (1) 의 전압이 기준 전압에서 비교 전압에 도달하여 리셋한 횟수를 측정할 수 있도록, 리셋 회로 (16) 가 포토다이오드 (1) 를 리셋하는 시간에 비하여 충분히 길게 설정되어 있다.The pulse width of the reference pulse is sufficiently larger than the time for the
또한, 기준 펄스폭을 플리커의 주기 (형광등에서 200[ms] 정도) 보다 길게 하면, 플리커에 의한 측정 오차를 경감시킬 수 있다.Further, if the reference pulse width is made longer than the period of the flicker (about 200 [ms] in the fluorescent lamp), the measurement error caused by the flicker can be reduced.
카운터 회로 (71a) 는, 콤퍼레이터 (21) 로부터 비교 결과를 나타내는 디지털 신호의 입력을 받아들이고, 또 클록 (72a) 으로부터 기준 펄스의 입력을 받아들인다.The
그리고 이들을 사용하여, 기준 펄스 사이에, 포토다이오드 (1) 의 전압이 기준 전압에서 비교 전압으로 저하되어 리셋 회로 (16) 에 의해 리셋된 횟수, 즉, 기준 펄스 내에 포토다이오드 (1) 의 출력이 비교 전압에 도달하는 횟수를 측정하여, 그 횟수를 출력한다.The number of times the voltage of the
일정 시간 내에 포토다이오드 (1) 의 출력이 비교 전압에 도달하는 횟수는 광 강도에 비례하기 때문에 그 횟수가 광 강도를 나타낸다.The number of times the output of the
또, 제 1 실시형태의 디지털화 회로 (77) 에서는 출력되는 횟수가 광 강도가 커질수록 작아지는 것에 반하여, 본 실시형태의 디지털화 회로 (77a) 는, 광 강도가 커질수록 출력되는 횟수도 커지기 때문에, 센서를 사용하는 사람의 감각에 보다 적합한 것이 된다.In the digitizing
이와 같이, 디지털화 회로 (77a) 는, 포토다이오드 (1) 가 축적한 전하의 양이 소정량에 도달할 때마다 축적된 전하를 초기값으로 리셋하는 리셋 수단 (리셋 회로 (16), 스위치 (17) 등) 을 구비하고, 카운터 회로 (71a) 는, 클록 신호로 측정되는 소정 시간 동안에, 당해 리셋 수단이 리셋한 횟수를 카운트값으로서 생성하는 카운트값 생성 수단으로서 기능하고 있다.As described above, the digitizing
도 15 는, 제 2 실시형태에 관련된 디지털화 회로 (77a) 에 관한 타이밍 차트를 나타낸 것이다.Fig. 15 shows a timing chart of the digitizing
포토다이오드 (1) 의 출력 (도 15(a)) 은, 리셋 회로 (16) 의 리셋 신호 (도 15(c)) 에 의해서 기준 전압으로 리셋되고, 그 후 비교 전압에 도달할 때까지 광 강도가 클수록 빠르게 저하된다.The output (Fig. 15 (a)) of the
콤퍼레이터 (21) 가 출력하는 비교 결과 (도 15(b)) 는, 포토다이오드 (1) 의 전압이 기준 전압에서 비교 전압에 도달하면 0 을 출력하고, 이것에 의해서 리셋 회로 (16) 가 리셋 신호 (도 15(c)) 를 출력한다.The comparison result (Fig. 15 (b)) outputted by the
카운터 회로 (71a) 는, 클록 (72a) 이 발생하는 기준 펄스가 1 로 되어 있는 동안 (도 15(d) 의 포토다이오드가 비교 전압으로 된 횟수의 측정 기간), 포토다이오드 (1) 의 전압이 비교 전압에 도달한 횟수, 즉 리셋 회로 (16) 가 포토다이오드 (1) 를 리셋한 횟수를 측정하여 출력한다.The
이렇게 해서, 디지털화 회로 (77a) 에서는 광 강도가 클수록 포토다이오드 (1) 의 리셋 횟수가 늘어나기 때문에, 광 강도에 따른 펄스수가 얻어진다.In this way, in the digitizing
도 14(b) 는, 본 실시형태에 관련된 디지털 출력 광검출 회로 (75a) 의 구성을 설명하기 위한 도면이다.14 (b) is a diagram for explaining the configuration of the digital output
디지털 출력 광검출 회로 (75a) 는, 포토다이오드 (1) 의 출력을 디지털화하는 디지털화 회로 (77a) 와, 포토다이오드 (2) 의 출력을 디지털화하는 디지털화 회로 (78a) 를 구비하고 있다. 디지털화 회로 (78a) 의 구성은 디지털화 회로 (77a) 와 동일하다.The digital
차분 연산부 (73) 는, 디지털화 회로 (77a, 78a) 로부터, 디지털값으로 변환된 포토다이오드 (1, 2) 의 출력을 받아서, 이들 차분을 디지털 처리에 의해 연산하고, 연산된 차분을 디지털값으로서 출력한다.The
이렇게 해서, 디지털 출력 광검출 회로 (75a) 에서는, A/D 컨버터 등의 연산 로직을 사용하지 않고도 카운터 회로 (71a) 나 클록 (72a) 등을 사용한 간단한 구성에 의해, 포토다이오드 (1, 2) 의 차분을 디지털화할 수 있다.In this way, the digital
또한, 본 실시형태에 관련된 디지털화 회로 (77a) 는, 수광한 광에 의해서 전하를 발생하는 수광 소자와, 수광 소자가 소정량의 전하를 축적한 경우에, 수광 소자가 축적하는 전하를 초기값으로 리셋하는 리셋 수단과, 리셋 수단이 소정 시간 동안에 수광 소자를 리셋한 횟수를 출력하는 횟수 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 디지털 출력 광검출 회로를 구성하고 있다.The digitizing
이상에서 설명한 본 실시형태에 의해서 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The following effects can be obtained by the embodiment described above.
(1) 포토다이오드 (1, 2) 에 축적된 전하의 양을 클록과 대응시킬 수 있다. 이로써, 전하의 양에 대응한 카운트값을 생성하여, 포토다이오드 (1, 2) 에 축적된 전하의 양을 디지털화할 수 있다.(1) The amount of charges accumulated in the
(2) 카운터 회로 (71) 나 클록 (72) 등의 간단한 소자를 사용하여 디지털화할 수 있기 때문에, A/D 컨버터 등의 대규모 로직을 사용할 필요가 없다.(2) Because it can be digitized using simple elements such as the
(3) A/D 컨버터 등을 사용할 필요가 없기 때문에, IC 칩을 소형화할 수 있다.(3) Since it is not necessary to use an A / D converter or the like, the IC chip can be miniaturized.
(4) 수광 소자가 기준 전압에 도달하기까지의 시간을 클록 펄스로 측정하여, 펄스수를 디지털값으로서 출력할 수 있다.(4) The time until the light-receiving element reaches the reference voltage is measured as a clock pulse, and the number of pulses can be outputted as a digital value.
(5) 기준 펄스로 만드는 일정 시간 내에 수광 소자가 기준 전압에 도달하는 횟수를 측정하여, 디지털값으로서 출력할 수 있다.(5) The number of times that the light receiving element reaches the reference voltage within a predetermined time made by the reference pulse can be measured and output as a digital value.
이상, 각종 실시형태나 변형예에 관해서 설명하였는데, 이들에 의해서 다음의 구성을 제공할 수 있다.Various embodiments and modifications have been described above, but the following configuration can be provided by these.
(A) 광검출 장치에 관한 실시형태는, 이하의 구성을 제공한다.(A) An embodiment of the optical detecting apparatus provides the following arrangement.
광검출 장치에 관한 실시형태에서는, 다음의 구성을 얻을 수 있다.In the embodiment relating to the light detecting device, the following arrangement can be obtained.
(제 1 구성) 수광한 광에 의해서 전하를 발생하는 제 1 수광 소자와, 수광한 광에 의해서 전하를 발생하고, 상기 제 1 수광 소자와 상이한 분광 특성을 갖는 제 2 수광 소자와, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 상기 발생한 전하를 축적시키는 축적 수단과, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적시킨 전하의 차분을 취득하는 차분 취득 수단과, 상기 취득한 차분을 출력하는 차분 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.A first light receiving element for generating electric charges by the light received and having a spectroscopic characteristic different from that of the first light receiving element; A second light receiving element for receiving the electric charge accumulated in the first light receiving element and the second light receiving element; accumulating means for accumulating the generated electric charge in the light receiving element and the second light receiving element; difference acquiring means for acquiring a difference between the electric charges accumulated in the first light receiving element and the second light receiving element; And a differential output means.
(제 2 구성) 상기 축적 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자의 소정의 전극을 전기적으로 개방단으로 함으로써, 상기 전하를 축적시키는 것을 특징으로 하는 제 1 구성에 기재된 광검출 장치.(Second Configuration) The light detecting device according to the first configuration is characterized in that the accumulating means accumulates the electric charges by electrically opening predetermined electrodes of the first light receiving element and the second light receiving element .
(제 3 구성) 상기 제 1 수광 소자와, 상기 제 2 수광 소자의 상기 소정의 전극은, 소정의 스위치를 통하여 이들 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하기 위한 정전압원에 접속되어 있고, 상기 축적 수단은, 상기 스위치를 오프함으로써 상기 소정의 전극을 전기적으로 개방단으로 하는 것을 특징으로 하는 제 2 구성에 기재된 광검출 장치.(Third Configuration) The first light receiving element and the predetermined electrode of the second light receiving element are connected to a constant voltage source for resetting the electric charge accumulated in these light receiving elements through a predetermined switch, Wherein the predetermined electrode is electrically opened by turning off the switch. ≪ Desc / Clms Page number 24 >
(제 4 구성) 상기 차분 취득 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자의, 상기 소정의 전극간 전압차에 의해서, 상기 축적된 전하의 차분을 취득하는 것을 특징으로 하는 제 2 구성, 또는 제 3 구성에 기재된 광검출 장치.(Fourth Configuration) The second configuration is characterized in that the difference acquisition means acquires the difference of the accumulated electric charges by the predetermined inter-electrode voltage difference between the first light reception element and the second light reception element , Or the third configuration.
(제 5 구성) 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자의 상기 소정의 전극을 소정의 정전압원에 접속함으로써, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하는 리셋 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 제 1 구성에 기재된 광검출 장치.(Fifth Configuration) A resetting means for resetting the charges accumulated in the first light receiving element and the second light receiving element by connecting the predetermined electrodes of the first light receiving element and the second light receiving element to a predetermined constant voltage source And a light receiving element that emits light.
(제 6 구성) 상기 축적 수단이 전하를 축적하는 시간을 광의 세기에 따라서 변경하는 변경 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 제 1 구성에서 제 5 구성까지 중 어느 하나의 구성에 기재된 광검출 장치.(Sixth Configuration) The optical detecting apparatus according to any one of the first to fifth configurations, characterized by comprising changing means for changing the time during which the accumulating means accumulates charges in accordance with the intensity of light.
(제 7 구성) 상기 차분 취득 수단을, 상기 차분 출력 수단이 차분을 출력하는 타이밍에서 구동하는 구동 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 제 1 구성에서 제 6 구성까지 중 어느 하나의 구성에 기재된 광검출 장치.(Seventh Configuration) The optical pickup apparatus according to any one of the first to sixth configurations, characterized in that the difference acquisition means includes drive means for driving the difference output means at a timing at which the difference output means outputs the difference Device.
(제 8 구성) 광원이 발하는 광 강도의 변동에 따라서 상기 차분 출력 수단이 출력하는 차분에 생기는 변동을 완화하는 완화 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 제 1 구성 내지 제 7 구성까지 중 어느 하나의 구성에 기재된 광검출 장치.(Eighth Constitution) The image forming apparatus according to any one of the first to seventh configurations, characterized by comprising a mitigating means for alleviating the fluctuation caused in the difference output by the difference outputting means in accordance with the variation of the light intensity emitted by the light source And the light detecting device.
(제 9 구성) 제 1 구성 내지 제 8 구성까지 중 어느 하나의 구성에 기재된 광검출 장치와, 화상을 표시하는 화상 표시 수단과, 상기 광검출 장치의 출력을 사용하여 외계의 밝기를 판단하는 밝기 판단 수단과, 상기 판단한 밝기에 따라서 상기 화상 표시 수단의 휘도를 조절하는 휘도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.(Ninth Arrangement) An image display apparatus according to any one of the first to eighth configurations, an image display means for displaying an image, and an image display means for displaying the brightness And brightness adjusting means for adjusting the brightness of the image display means in accordance with the determined brightness.
(B) 광검출 반도체 장치에 관한 제 1 실시형태는, 이하의 구성을 제공한다.(B) The first embodiment related to the photodetecting semiconductor device provides the following arrangement.
(제 1 구성) 제 1 수광 소자에 축적된 전하와, 상기 제 1 수광 소자와 상이한 분광 특성을 갖는 제 2 수광 소자에 축적된 전하의 차분을 사용하여 광 강도를 검지하기 위한 광검출 반도체 장치로서, 상기 제 1 수광 소자는, 제 1 도전형의 반도체에 의해서 구성된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에서부터 소정의 깊이에 걸쳐 형성된 제 2 도전형의 반도체에 의한 제 1 도전층으로 구성되고, 상기 제 2 수광 소자는, 상기 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에서부터 상기 소정의 깊이보다 깊은 깊이에 걸쳐서 형성된 제 2 도전형의 반도체에 의한 제 2 도전층으로 구성되고, 상기 제 1 도전층과 상기 제 2 도전층의 표면에는, 광을 투과하시키고, 도전성을 갖는 전자파 시일드층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광검출 반도체 장치.(First Configuration) A photodetecting semiconductor device for detecting light intensity by using a difference between a charge accumulated in a first photodetector and a charge stored in a second photodetector having a spectroscopic characteristic different from that of the first photodetector , The first light receiving element is composed of a semiconductor substrate composed of a first conductivity type semiconductor and a first conductive layer made of a second conductivity type semiconductor formed over a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate, The second light receiving element is composed of the semiconductor substrate and a second conductive layer made of a second conductive semiconductor formed from a surface of the semiconductor substrate to a depth deeper than the predetermined depth, Wherein a surface of the second conductive layer is provided with an electromagnetic wave shielding layer having conductivity so that light is transmitted therethrough.
(제 2 구성) 상기 전자파 시일드층은, 제 1 도전형의 반도체에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제 1 구성에 기재된 광검출 반도체 장치.(Second Configuration) The photodetecting semiconductor device according to the first configuration is characterized in that the electromagnetic wave shield layer is composed of a first conductivity type semiconductor.
(제 3 구성) 상기 전자파 시일드층은, 폴리실리콘에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제 1 구성에 기재된 광검출 반도체 장치.(Third Configuration) The photodetecting semiconductor device according to the first configuration is characterized in that the electromagnetic wave shield layer is made of polysilicon.
(제 4 구성) 제 1 구성, 제 2 구성, 또는 제 3 구성에 기재된 광검출 반도체 장치와 접속되어, 당해 광검출 반도체 장치의 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자에, 각각 이들 수광 소자가 발생한 전하를 축적시키는 축적 수단과, 상기 축적된 전하의 차분을 취득하는 차분 취득 수단과, 상기 취득한 차분을 출력하는 차분 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.(Fourth Structure) A photodetector is connected to the photodetecting semiconductor device described in the first, second, or third constitution, in which the first photodetection element and the second photodetection element generate the light receiving element An accumulation means for accumulating charge, a difference acquisition means for acquiring a difference between the stored charges, and a difference output means for outputting the obtained difference.
(제 5 구성) 제 4 구성에 기재된 광검출 장치와, 화상을 표시하는 화상 표시 수단과, 상기 광검출 장치의 출력을 사용하여 외계의 밝기를 판단하는 밝기 판단 수단과, 상기 판단한 밝기에 따라서 상기 화상 표시 수단의 휘도를 조절하는 휘도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.(Fifth Configuration) An image display apparatus according to the fourth configuration, an image display means for displaying an image, a brightness determination means for determining the brightness of the outside world using the output of the optical detection apparatus, And luminance adjusting means for adjusting the luminance of the image displaying means.
(C) 광검출 반도체 장치에 관한 제 2 실시형태는, 이하의 구성을 제공한다.(C) The second embodiment related to the photodetecting semiconductor device provides the following arrangement.
(제 1 구성) 제 1 수광 소자에 축적된 전하와, 제 2 수광 소자에 축적된 전하의 차분을 사용하여 광 강도를 검지하기 위한 광검출 반도체 장치로서, 상기 제 1 수광 소자는, 제 1 도전형의 반도체에 의해서 구성된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에서부터 소정의 깊이에 걸쳐 형성된 제 2 도전형의 반도체에 의한 제 1 도전층으로 구성되고, 상기 제 2 수광 소자는, 상기 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면에서부터 소정의 깊이에 걸쳐서 형성된 제 2 도전형의 반도체에 의한 제 2 도전층으로 구성되고, 상기 제 1 도전층의 표면에는 광의 투과도가 광의 파장에 의존하는 필터층이 형성되고, 상기 제 2 도전층의 표면에는 상기 필터층과 상이한 의존성을 갖는 필터층이 형성되어 있거나, 또는 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 광검출 반도체 장치.(First Configuration) A photodetecting semiconductor device for detecting light intensity by using a difference between a charge accumulated in a first photodetector and a charge accumulated in a second photodetector, wherein the first photodetector is a first photodetector And a first conductive layer made of a second conductivity type semiconductor formed over a predetermined depth from a surface of the semiconductor substrate, wherein the second light receiving element is made of a semiconductor material, And a second conductive layer of a second conductivity type semiconductor formed from a surface of the semiconductor substrate to a predetermined depth, wherein a filter layer is formed on a surface of the first conductive layer, the filter layer having a light transmittance depending on a wavelength of light, Wherein a filter layer having a dependency different from that of the filter layer is formed on the surface of the second conductive layer or is not formed on the surface of the second conductive layer. Value.
(제 2 구성) 상기 필터층은 도전성을 갖는 것을 특징으로 하는 제 1 구성에 기재된 광검출 반도체 장치.(Second Configuration) The photodetecting semiconductor device according to the first configuration is characterized in that the filter layer has conductivity.
(제 3 구성) 상기 필터층은, 제 1 도전형의 반도체에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제 1 구성, 또는 제 2 구성에 기재된 광검출 반도체 장치.(Third Configuration) The photodetecting semiconductor device described in the first or second configuration is characterized in that the filter layer is composed of a first conductivity type semiconductor.
(제 4 구성) 상기 필터층은, 폴리실리콘에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제 1 구성, 또는 제 2 구성에 기재된 광검출 반도체 장치.(Fourth Configuration) The photodetecting semiconductor device described in the first or second configuration is characterized in that the filter layer is made of polysilicon.
(제 5 구성) 제 1 구성에서 제 4 구성까지 중 어느 하나의 구성에 기재된 광검출 반도체 장치와 접속되어, 당해 광검출 반도체 장치의 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 발생한 전하를 축적시키는 축적 수단과, 상기 축적된 전하의 차분을 취득하는 차분 취득 수단과, 상기 취득한 차분을 출력하는 차분 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.(Fifth Arrangement) A semiconductor light emitting device is connected to the photodetecting semiconductor device described in any one of
(제 6 구성) 제 5 구성에 기재된 광검출 장치와, 화상을 표시하는 화상 표시 수단과, 상기 광검출 장치의 출력을 사용하여 외계의 밝기를 판단하는 밝기 판단 수단과, 상기 판단한 밝기에 따라서 상기 화상 표시 수단의 휘도를 조절하는 휘도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.(Sixth Structure) An image display apparatus according to the fifth structure, an image display means for displaying an image, a brightness determination means for determining the brightness of the outside world using the output of the photo detection apparatus, And luminance adjusting means for adjusting the luminance of the image displaying means.
(D) 디지털 출력 광검출 회로에 관한 실시형태는, 이하의 구성을 제공한다.(D) An embodiment of the digital output optical detection circuit provides the following arrangement.
(제 1 구성) 수광한 광에 의해서 전하를 발생하는 수광 소자와, 상기 수광 소자에 발생한 전하를 축적시키는 축적 수단과, 클록 신호를 발생하는 클록 신호 발생 수단과, 상기 축적된 전하의 양과 상기 발생한 클록 신호를 대응시킴으로써, 상기 축적된 전하의 양에 대응하는 카운트값을 생성하는 카운트값 생성 수단과, 상기 생성한 카운트값을 출력하는 카운트값 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 디지털 출력 광검출 회로.(First configuration) A light-receiving device comprising: a light-receiving element for generating electric charge by light received by light; accumulating means for accumulating charges generated in the light-receiving element; clock signal generating means for generating a clock signal; Count value generating means for generating a count value corresponding to the amount of the accumulated charge by corresponding to a clock signal and count value outputting means for outputting the generated count value, .
(제 2 구성) 상기 카운트값 생성 수단은, 상기 축적된 전하가 초기값에서 소정값까지 변화될 때까지 발생한 클록 신호의 수를 카운트값으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 제 1 구성에 기재된 디지털 출력 광검출 회로.(Second Configuration) The digital output light described in the first configuration is characterized in that the count value generation means generates, as a count value, the number of clock signals generated until the accumulated charge changes from the initial value to a predetermined value Detection circuit.
(제 3 구성) 축적된 전하의 양이 소정량에 도달할 때마다 축적된 전하를 초기값으로 리셋하는 리셋 수단을 구비하고, 상기 카운트값 생성 수단은, 상기 클록 신호로 측정되는 소정 시간 동안에, 상기 리셋 수단이 리셋한 횟수를 카운트값으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 제 1 구성에 기재된 디지털 출력 광검출 회로.(Third configuration), and reset means for resetting the accumulated charge to an initial value every time the amount of accumulated charge reaches a predetermined amount, and the count value generation means generates, for a predetermined time period measured with the clock signal, And the counted number of times of resetting by the resetting means is generated as a count value.
(제 4 구성) 제 1 구성, 제 2 구성, 또는 제 3 구성 중 어느 하나의 구성에 기재된 디지털 출력 광검출 회로를 사용하여, 제 1 수광 소자가 축적한 전하의 양에 대응하는 제 1 카운트값과, 상기 제 1 수광 소자와 상이한 분광 특성을 갖는 제 2 수광 소자가 축적한 전하의 양에 대응하는 제 2 카운트값을 취득하는 카운트값 취득 수단과, 상기 취득한 제 1 카운트값과 제 2 카운트값의 차분을 디지털 연산하는 차분 연산 수단과, 상기 연산한 차분을 디지털값으로 출력하는 차분 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.(Fourth Configuration) A digital output light detection circuit described in any one of the first configuration, the second configuration, and the third configuration is used, and a first count value corresponding to the amount of charge accumulated in the first light receiving element Count value acquiring means for acquiring a second count value corresponding to an amount of electric charge accumulated in a second light receiving element having a spectroscopic characteristic different from that of the first light receiving element; And a difference output means for outputting the calculated difference as a digital value.
(제 5 구성) 제 4 구성에 기재된 광검출 장치와, 화상을 표시하는 화상 표시 수단과, 상기 디지털 출력 광검출 회로의 출력을 사용하여 외계의 밝기를 판단하는 밝기 판단 수단과, 상기 판단한 밝기에 따라서 상기 화상 표시 수단의 휘도를 조절하는 휘도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.(Fifth Configuration) An image display device according to the fourth configuration, an image display means for displaying an image, a brightness determination means for determining the brightness of the outside world using the output of the digital output light detection circuit, And a brightness adjusting means for adjusting the brightness of the image display means.
[광검출 장치에 관한 제 2 실시형태][Second Embodiment of Photodetecting Apparatus]
본 실시형태의 광검출 장치 (10) (도 3) 는, 동일한 포토다이오드 (1, 2) 의 캐소드 단자를 개방단 상태로 하고, 일정 시간 동안에 이들에 축적된 전하를 검출한다.The photodetecting device 10 (Fig. 3) of the present embodiment sets the cathode terminals of the
이 때, 포토다이오드 (1) 위에는 적외선 및 자외선을 차광하는 광학 필터가 배치되어 있어, 가시광선이 포토다이오드 (1) 에 도달하게 되어 있다.At this time, an optical filter for shielding infrared rays and ultraviolet rays is arranged on the
한편, 포토다이오드 (2) 위에는 적외선, 자외선 및 가시광선을 차광하는 차광층을 배치함으로써 광이 포토다이오드 (2) 에 도달하지 않도록 해 두고, 광이 입사되지 않은 경우에 포토다이오드 (2) 에 발생하는 전하가 검출되도록 되어 있다.On the other hand, a light-shielding layer for shielding infrared rays, ultraviolet rays and visible light is disposed on the
또한, 광이 입사되지 않은 경우에 포토다이오드 (2) 에 유기 (誘起) 되는 전하는, 이것을 전류로서 검지하는 경우에는 암전류로서 검지되는 암전하 (暗電荷) 이다.The electric charge induced (induced) in the
그리고, 본 실시형태에서는, 포토다이오드 (1, 2) 의 캐소드 단자를 개방단 상태로 하고, 일정 시간 동안에 이들에 축적된 전하의 차분으로부터 암전하 노이즈 성분을 제거하여 원하는 광 강도를 검출한다.In the present embodiment, the cathode terminals of the
도 16 은, 본 실시형태에서 사용하는 포토다이오드가 형성된 반도체 장치의 일례를 나타낸 도면이다.16 is a view showing an example of a semiconductor device in which a photodiode used in the present embodiment is formed.
반도체 장치 (6e) 는, 도 1 에 나타낸 반도체 장치 (6) 와 동일한 구성으로 되어 있고, 예를 들어, 실리콘의 단결정을 재료로 형성되며, P 형으로 형성된 P 형 기판 (3) 과, N 형의 영역인 N 형 층 (4, 5) 으로 구성되어 있다.The
N 형 층 (4, 5) 은, P 형 기판 (3) 의 표면에서부터 소정의 깊이에 걸쳐 형성되어 있고, N 형 층 (4), N 형 층 (5) 은 동일한 깊이로 형성되어 있다.The N-
그리고, N 형 층 (4) 과 P 형 기판 (3) 에 의해 포토다이오드 (1) 가 구성되고, N 형 층 (5) 과 P 형 기판 (3) 에 의해 포토다이오드 (2) 가 구성된다.The
포토다이오드 (1, 2) 는, 구성이 동일하기 때문에 동일한 분광 특성을 가지고 있다.The
포토다이오드 (1) 위에는 적외선 및 자외선을 차광하는 광학 필터 (101) 가 배치되고, 포토다이오드 (2) 위에는 적외선, 자외선 및 가시광선을 차광하는 차광층 (102) 이 배치되어 있다.An
포토다이오드 (1) 에 입사되는 광은, 광학 필터 (101) 에 의해서 필터링되어, 적외선과 자외선이 제거된 가시광이 포토다이오드 (1) 의 수광면에 도달한다.The light incident on the
한편, 포토다이오드 (2) 에 입사되는 광 (적외선, 자외선, 및 가시광) 은 차광층 (102) 에 의해서 차광되어, 포토다이오드 (2) 의 수광면에 도달하는 것은 불가능하다.On the other hand, light (infrared light, ultraviolet light, and visible light) incident on the
이와 같이, 반도체 장치 (6e) 에서, 광이 입사되지 않은 포토다이오드 (2) 를 형성한 것은, 포토다이오드 (1) 에 발생하는 암전하 노이즈를 제거하기 위해서이다.In this way, in the
즉, 포토다이오드 (1) 와 포토다이오드 (2) 는, N 형 층의 깊이를 포함하여 구성이 동일하게 되어 있기 때문에 동일한 암전하를 발생시킨다.That is, the
그 때문에, 포토다이오드 (1) 가 광을 검출할 때에, 포토다이오드 (1) 에 노이즈로서 발생되어 있는 암전하는 포토다이오드 (2) 에 발생되어 있는 암전하와 동일한 것이 되어, 포토다이오드 (1) 에 발생되어 있는 전하로부터 포토다이오드 (2) 의 암전하를 뺌으로써, 입사광에 의해 포토다이오드 (1) 에 발생되어 있는 전하를 얻을 수 있다.Therefore, when the
도 17 은, 포토다이오드 (1, 2) 의 차분을 사용한 분광 특성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 또, 도 17 은 개념을 설명하기 위한 모식도이기 때문에 반드시 엄밀하게 그려져 있지는 않다.Fig. 17 is a diagram schematically showing the spectroscopic characteristics using the difference of the
세로축은 포토다이오드가 발생하는 출력 (전류, 전압 등) 을 나타내고, 가로축은 입사되는 광의 파장을 나타내고 있다. 또, 입사되는 광의 광 강도는 일정한 것으로 한다.The vertical axis represents the output (current, voltage, etc.) generated by the photodiode, and the horizontal axis represents the wavelength of the incident light. Further, the light intensity of the incident light is assumed to be constant.
포토다이오드 (1) 에는, 광학 필터 (101) 에 의해 가시광이 입사되어, 가시광에 의한 전하와 암전하가 발생하는데, 이것으로부터 포토다이오드 (2) 에 발생한 암전하를 뺌으로써, 입사된 가시광에 의한 전하가 얻어진다.In the
이 전하에 의한 전압을 측정하면, 도 17 에 나타낸 바와 같이, 가시광 영역인 약 400[㎚] ∼ 700[㎚] 에 있어서의 감도가 얻어진다.When the voltage by this electric charge is measured, as shown in Fig. 17, the sensitivity in a visible light region of about 400 [nm] to 700 [nm] is obtained.
이와 같이, 포토다이오드 (1) 에서는 광학 필터 (101) 를 투과한 광에 의한 출력이 얻어지기 때문에, 예를 들어, 자외선을 투과시키고 다른 광을 차광하도록 광학 필터 (101) 를 구성하면, 반도체 장치 (6e) 는 자외선 센서로 사용할 수 있고, 적외선을 투과시키고 다른 광을 차광하면 적외선 센서로 사용할 수 있다.As described above, in the
즉, 관측 대상이 되는 파장의 광을 투과하도록 광학 필터 (101) 를 구성함으로써, 원하는 파장 대역의 광을 검출하는 센서로 사용할 수 있다.That is, by configuring the
반도체 장치 (6e) 를 사용한 광검출 장치 (10) 의 구성은, 도 3 과 동일하다.The configuration of the
도 3 의 포토다이오드 (1) 의 수광면에 광학 필터 (101) 를 배치하고, 포토다이오드 (2) 의 수광면에 차광층 (102) 을 배치하면, 반도체 장치 (6e) 를 사용한 광검출 장치 (10) 가 얻어진다.When the
반도체 장치 (6e) 를 사용한 광검출 장치 (10) 의 동작은, 도 3 과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.Since the operation of the
이상, 반도체 장치 (6e) 와 광검출 장치 (10) 의 구성에 관해서 설명하였는데, 반도체 장치 (6e) 에 있어서, 광학 필터 (101) 는 입사되는 원하는 파장의 입사광 이외의 광을 차광하는 제 1 차광 수단으로서 기능하고 있고, 차광층 (102) 은 입사되는 광을 (모두) 차광하는 제 2 차광 수단으로서 기능하고 있다.The configuration of the
이 때문에, 반도체 장치 (6e) 에 있어서, 포토다이오드 (1) 와 광학 필터 (101) 는 입사되는 상기 원하는 파장의 입사광 이외의 광을 차광하는 제 1 차광 수단을 형성한 제 1 수광 소자로서 기능하고, 포토다이오드 (2) 와 차광층 (102) 은 입사되는 광을 차광하는 제 2 차광 수단을 형성한 제 2 수광 소자로서 기능하고 있다.Therefore, in the
또한, 반도체 장치 (6e) 를 사용한 광검출 장치 (10) 에서는, 스위치 (17, 18) 에 의해 포토다이오드 (1) 와 포토다이오드 (2) 에 축전시키기 때문에, 광검출 장치 (10) 는, 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자에 발생한 전하를 축적시키는 축전 수단을 구비하고 있다.In the
그리고, 반도체 장치 (6e) 를 사용한 광검출 장치 (10) 에서는, 입사광을 차분 회로 (15) 에서 포토다이오드 (1, 2) 에 축전된 전하량의 차분으로서 출력하기 때문에, 광검출 장치 (10) 는, 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자에 축적시킨 전하량의 차분을 취득하는 차분 취득 수단을 구비하고, 당해 차분을 원하는 파장의 입사광에 대응하는 전하의 전하량으로서 출력하는 출력 수단을 구비하고 있다.In the
그리고, 포토다이오드 (1) 와 포토다이오드 (2) 는 구성이 동일하기 때문에, 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자는 수광과 축전의 특성이 동일하다.Since the configurations of the
이와 같이, 반도체 장치 (6e) 를 사용한 광검출 장치 (10) 의 축적 수단은, 제 1 수광 소자 (포토다이오드 (1)) 와 제 2 수광 소자 (포토다이오드 (2)) 의 소정의 전극 (캐소드 단자) 을 전기적으로 개방단으로 함으로써, 전하를 축적시킨다.As described above, the accumulating means of the
그리고, 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자의 소정의 전극은, 소정의 스위치 (스위치 (17, 18)) 를 통해서, 이들 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하기 위한 정전압원 (직류 전원 (19)) 에 접속되어 있고, 축적 수단은, 당해 스위치를 오프시킴으로써 소정의 전극을 전기적으로 개방단으로 한다.The predetermined electrodes of the first light receiving element and the second light receiving element are connected to a constant voltage source (DC power supply 19) for resetting the charges accumulated in these light receiving elements through predetermined switches (switches 17 and 18) , And the accumulating means electrically opens the predetermined electrode by turning off the switch.
또한, 차분 취득 수단 (차분 회로 (15)) 은, 제 1 수광 소자 (포토다이오드 (1)) 와 제 2 수광 소자 (포토다이오드 (2)) 의 소정의 전극간 (캐소드 단자간) 전압차에 의해서, 축적된 전하의 차분을 취득하고 있고, 광검출 장치 (10) 는, 스위치 (17, 18) 를 온으로 하여, 제 1 수광 소자 (포토다이오드 (1)) 와 제 2 수광 소자 (포토다이오드 (2)) 의 소정의 전극 (캐소드 단자) 을 소정의 정전압원 (직류 전원 (19)) 에 접속시킴으로써, 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하는 리셋 수단을 구비하고 있다.The difference obtaining means (the differential circuit 15) is a circuit for obtaining the difference between the predetermined electrodes (cathode terminals) of the first light receiving element (photodiode 1) and the second light receiving element (photodiode 2) (Photodiode 1) and the second photodetector (photodiode 1), and the
또한 다음과 같이 생각할 수도 있다.You might also think of the following:
즉, 반도체 장치 (6e) 에 있어서, 포토다이오드 (2) 는, 포토다이오드 (1) 에 발생하는 암전하 노이즈를 제거하여, 포토다이오드 (1) 에 의한 검출 정밀도를 높이는 것이기 때문에, 가시광의 검출은 포토다이오드 (1) 가 행하고 있다.That is, in the
그 때문에, 포토다이오드 (2) 를 사용한 경우보다 정밀도는 떨어지지만, 포토다이오드 (2) 를 사용하지 않고서 포토다이오드 (1) 와 광학 필터 (101) 를 사용하여 가시광을 검출하도록 구성하는 것도 가능하다.This makes it possible to detect visible light by using the
이 경우에는, 광검출 장치 (10) 에 의해서 포토다이오드 (1) 에 축전된 전하량을 검출하고 (포토다이오드 (2) 가 없기 때문에 차분 회로 (15) 로부터는 포토다이오드 (1) 에 축전된 전하에 의한 전압이 출력된다), 그 전하량 자체를 검출값으로 한다.In this case, the amount of charge stored in the
이 경우, 포토다이오드 (2) 를 제외한 반도체 장치 (6e) 를 광검출 장치 (10) 에 적용시켜, 입사된 광에 의해서 전하를 발생하는 수광 소자 (포토다이오드 (1)) 와, 발생한 전하를 수광 소자에 축적시키는 축적 수단과, 축적 수단에 축적된 원하는 파장의 입사광에 대응하는 전하의 전하량을 출력하는 출력 수단을 구비한 광검출 장치를 구성할 수 있다.In this case, a light receiving element (photodiode 1) for applying a
그리고, 수광 소자에 입사되는 원하는 파장의 입사광 이외의 광을 차광하는 차광 수단 (광학 필터 (101)) 을 구비하고, 출력 수단은, 축적 수단에 축적된 전하량을 원하는 파장의 입사광에 대응하는 전하의 전하량으로서 출력하도록 구성할 수 있다.(Optical filter 101) for shielding light other than incident light of a desired wavelength incident on the light receiving element, and the output means outputs the amount of the electric charge accumulated in the accumulating means to the light receiving element And output as the charge amount.
또한, 축적 수단 (스위치 (17)) 이 수광 소자 (포토다이오드 (1)) 의 소정의 전극 (캐소드 단자) 을 전기적으로 개방단으로 함으로써 전하를 축적시키는 점이나, 수광 소자의 소정의 전극은, 소정의 스위치 (스위치 (17)) 를 통해서 이들 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하기 위한 정전압원 (직류 전원 (19)) 에 접속되어 있고, 축적 수단은 당해 스위치를 오프시킴으로써 소정의 전극을 전기적으로 개방단으로 하는 점, 및, 수광 소자의 소정의 전극을 소정의 정전압원에 접속시킴으로써 수광 소자에 축적된 전하를 리셋하는 리셋 수단을 구비한 점은, 반도체 장치 (6e) 를 사용한 광검출 장치 (10) 와 동일하다.The accumulation means (switch 17) accumulates charge by electrically opening a predetermined electrode (cathode terminal) of the light receiving element (photodiode 1), or a predetermined electrode of the light receiving element, (DC power supply 19) for resetting the electric charges accumulated in these light receiving elements through a predetermined switch (switch 17), and the accumulating means electrically turns off the switch so that the predetermined electrode is electrically And the resetting means for resetting the charge accumulated in the light receiving element by connecting the predetermined electrode of the light receiving element to the predetermined constant voltage source can be realized by using the photodetecting device using the
도 4 의 각 도면은, 반도체 장치 (6e) 의 포토다이오드 (1, 2) 가 포화되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.4 are diagrams for explaining the case where the
포토다이오드 (1) 는, 수광하는 광이 강할수록 전하를 급격히 축전한다. 그 때문에, 조도가 크면, 조도 판정부 (12) 가 차분 회로 (15) 의 출력을 검지하기 전에 포토다이오드 (1) 의 출력이 포화되고 말아, 올바른 값을 측정할 수 없는 경우가 있을 수 있다.The
도 4(a) 는, 리셋시에 포토다이오드 (1) 의 출력이 포화되어 있는 경우를 설명하기 위한 모식도이다.4A is a schematic diagram for explaining a case where the output of the
먼저, 포토다이오드 (1, 2) 를 직류 전원 (19) (도 2) 에 접속하고 캐소드 단자의 전압을 기준 전압으로 한 후, 스위치 (17, 18) 를 오프로 하면, 캐소드 단자는 전압이 도면에 나타낸 바와 같이 저하되어 간다.First, when the
포토다이오드 (1) 에는, 광학 필터 (101) 를 투과한 광이 입사되는 한편, 포토다이오드 (2) 에는 차광층 (102) 에 의해서 광이 입사되지 않기 때문에, 포토다이오드 (1) 쪽이 포토다이오드 (2) 보다 빨리 전압이 강하된다.Light transmitted through the
도 18(a) 에서는, 광 강도가 크기 때문에, 포토다이오드 (1) 의 출력이 리셋 시각 t1 에 도달하기 전에 포화되어 있다.In Fig. 18 (a), since the light intensity is large, the output of the
조도 판정부 (12) 는 리셋 직전에 차분 회로 (15) 의 출력을 검지하는 것으로 하면, 리셋 시각 t1 에서는, 포토다이오드 (2) 에 관해서는 암전하에 따른 전압인 E1 가 검지되지만, 포토다이오드 (1) 에 관해서는 출력이 포화되어 있기 때문에 광 강도에 따른 검출값을 얻을 수 없다.Assuming that the
그래서, 도 18(b) 에 나타낸 바와 같이, 포토다이오드 (1) 의 전압이 소정의 비교 전압에 도달한 경우에 리셋을 실시하도록 한다.Thus, as shown in Fig. 18 (b), reset is performed when the voltage of the
도 18(b) 의 예에서는, 포토다이오드 (1) 가 비교 전압으로 된 시각 t2 에 리셋을 실시하고, 이 경우, 포토다이오드 (2) 의 전압은 E2 로 되어 있다.In the example of Fig. 18 (b), the
그 때문에, 포토다이오드 (1) 는 광 강도에 따른 전압을 출력할 수 있다.Therefore, the
이러한 동작을 실행시키기 위해서는, 도 5 에 나타낸 광검출 장치 (10a) 에 반도체 장치 (6e) 를 끼워넣으면 된다.In order to perform such an operation, the
단, 도 5 에서는 포토다이오드 (2) 의 전압을 직류 전원 (22) 의 비교 전압과 비교하는 구성으로 되어 있지만, 반도체 장치 (6e) 의 경우, 포토다이오드 (1) 의 전압을 비교 전압과 비교하기 때문에, 도 5 에 있어서 포토다이오드 (1) 와 포토다이오드 (2) 를 서로 바꾼다.5, the voltage of the
반도체 장치 (6e) 를 끼워넣은 광검출 장치 (10a) 의 동작은, 앞서 도 5에서 설명한 바와 같다.The operation of the
이와 같이, 축적 수단이 전하를 축적하는 시간을 광의 세기에 따라서 변경하는 변경 수단을 구비하도록 구성할 수 있다.In this manner, the accumulating means can be provided with a changing means for changing the time for accumulating the electric charge in accordance with the light intensity.
또한, 반도체 장치 (6e) 를 도 6 에 나타낸 광검출 장치 (10b) 에 적용시킴으로써, 조도 판정부 (12) 가 포토다이오드 (1, 2) 의 차분을 검지하고 판정할 때에만 이들을 간헐적으로 구동시킴으로써 소비 전력을 절약하도록 구성할 수도 있다.By applying the
이 경우의 광검출 장치 (10b) 의 동작은, 앞서 도 6 에서 설명한 바와 같다.The operation of the
이와 같이, 차분 취득 수단 (차분 회로 (15)) 을 차분 출력 수단이 차분을 출력하는 타이밍에서 구동하는 구동 수단 (타이머 클록 (31)) 을 구비하도록 구성할 수 있다.In this way, the difference acquisition means (difference circuit 15) can be configured to include drive means (timer clock 31) for driving the difference output means at the timing of outputting the difference.
그리고, 반도체 장치 (6e) 에 도 7 에서 나타낸 광검출 장치 (10c) 를 적용시킴으로써, 광원의 플리커에 의한 영향을 저감할 수도 있다.By applying the light detecting
이 경우의 광검출 장치 (10c) 의 동작은, 앞서 도 7 에서 설명한 바와 같다.The operation of the
이와 같이, 광원이 발하는 광 강도의 변동에 의해서 차분 출력 수단 (차분 회로 (15)) 이 출력하는 차분에 생기는 변동을 완화하는 완화 수단 (적분 회로 (41)) 을 구비하도록 구성할 수도 있다.As described above, it is also possible to provide an attenuation means (an integrating circuit 41) for alleviating the fluctuation caused in the difference outputted by the differential outputting means (the differential circuit 15) by the fluctuation of the light intensity emitted by the light source.
이에 더하여, 도 19 에 나타낸 바와 같이, 포토다이오드 상에 광투과성이 있는 박막 전극을 배치하여, 외부로부터의 전자파 노이즈로부터 포토다이오드를 시일드하는 구성으로 할 수도 있다.In addition, as shown in Fig. 19, a thin film electrode having light transmittance may be disposed on the photodiode so that the photodiode is shielded from electromagnetic noise from the outside.
도 19 는, 본 실시형태에 관련된 반도체 장치 (6f) 의 구조를 나타낸 도면으로, 도 8 에 대응하는 것이다.Fig. 19 is a diagram showing the structure of the
도 8 과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 간략화 또는 생략한다.The same components as those in Fig. 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
반도체 장치 (6f) 는, 광검출 반도체 장치로서, 반도체 장치 (6e) 와 동일하게 P 형 기판 (3) 에 N 형 층 (4, 5) 이 형성되어 있다.The
여기서, 포토다이오드 (1) 는, 제 1 도전형 (여기서는 P 형) 의 반도체에 의해서 구성된 반도체 기판 (P 형 기판 (3)) 과, 당해 반도체 기판의 표면에서부터 소정의 깊이에 걸쳐 형성된 제 2 도전형 (여기서는 N 형) 의 반도체에 의한 제 1 도전층 (N 형 층 (4)) 으로 구성된 제 1 수광 소자로서 기능하고, 포토다이오드 (2) 는, 반도체 기판 (P 형 기판 (3)) 과, 당해 반도체 기판의 표면에서부터 소정의 깊이에 걸쳐 형성된 제 2 도전형의 반도체에 의한 제 2 도전층 (N 형 층 (5)) 으로 구성된 제 2 수광 소자로서 기능하고 있다.Here, the
N 형 층 (4, 5) 의 상면에는, 박막 형상의 P 형 층 (51, 51, …) 이 형성되어 있다.On the upper surfaces of the N-
P 형 층 (51) 은, 검출 대상인 광은 투과시킴과 함께, 전자파를 시일드한다.The P-
이와 같이, 제 1 도전층 (N 형 층 (4)) 과 제 2 도전층 (N 형 층 (5)) 의 표면에는, 광을 투과시키고, 도전성을 갖는 전자파 시일드층 (P 형 층 (51)) 이 형성되어 있다.As described above, light is transmitted through the surface of the first conductive layer (N-type layer 4) and the second conductive layer (N-type layer 5) to form a conductive electromagnetic wave shielding layer (P- Is formed.
또한, P 형 층 (51) 은, 접지하면 보다 효과적으로 시일드 기능을 발휘할 수 있다.Further, the P-
N 형 층 (4, 5) 에 접속하는 알루미늄 배선 (52, 52) 은, N 형의 농도가 진한 N+ 층 (55) 을 개재하여 N 형 층 (4, 5) 에 접속되어 있다.The
P 형 층 (51) 에는 배선용 관통구멍이 형성되고, 알루미늄 배선 (52) 은 당해 관통구멍에 형성되어 있다.A wiring through hole is formed in the P-
또한, P 형 기판 (3) 은, P 형의 농도가 진한 P+ 층 (56) 으로 알루미늄 배선 (54) 과 접속하여 접지되어 있다.The P-
수광면에서 포토다이오드가 형성되어 있지 않은 영역, 및 포토다이오드 (2) 위에는 차광용 알루미늄 (53, 53, …) 이 형성되어 있어, 광의 입사를 차단하고 있다.On the light-receiving surface, the light-shielding
이와 같이, 본 예에서는, 차광용 알루미늄 (53) 이 차광층 (102) 으로서 기능하고 있다.Thus, in this example, the light-shielding
포토다이오드 (1) 위에는 광학 필터 (101) 가 배치되어 있어, 원하는 분광 특성이 얻어지도록 되어 있다.An
이상과 같이 구성한 반도체 장치 (6e) 나 광검출 장치 (10) 등을 사용하여, 휴대전화의 액정 화면 등의 휘도를 조절하도록 구성할 수 있다.The luminance of the liquid crystal display of the portable telephone can be adjusted by using the
이 경우, 광검출 장치 (10) 로 외계의 가시광의 밝기를 계측하여, 예를 들어, 외계가 밝은 경우에는 화면의 휘도를 낮게 하고, 외계가 어두운 경우에는 화면의 휘도를 높게 한다.In this case, the brightness of the visible light of the outside world is measured by the
이와 같이, 화상을 표시하는 화상 표시 수단과, 광검출 장치의 출력을 사용하여 외계의 밝기를 판단하는 밝기 판단 수단과, 판단한 밝기에 따라서 화상 표시 수단의 휘도를 조절하는 휘도 조절 수단을 구비한 화상 표시 장치를 제공할 수도 있다.In this way, the image display means for displaying an image, the brightness determination means for determining the brightness of the outside world using the output of the photodetection device, and the brightness adjustment means for adjusting the brightness of the image display means in accordance with the determined brightness A display device may be provided.
또한, 이상과 같이, 반도체 장치 (6e) 에 대해, 이하의 디지털 출력 광검출 회로를 적용하여 광검출 장치를 구성할 수 있다.As described above, the optical detection device can be constructed by applying the following digital output optical detection circuit to the
(제 1 구성) 수광한 광에 의해서 전하를 발생하는 수광 소자 (광학 필터 (101) 를 구비한 포토다이오드 (1) 와 차광층 (102) 을 구비한 포토다이오드 (2) 의 적어도 일방) 와, 상기 수광 소자에 발생한 전하를 축적시키는 축적 수단과, 클록 신호를 발생하는 클록 신호 발생 수단과, 상기 축적된 전하의 양과 상기 발생한 클록 신호를 대응시킴으로써, 상기 축적된 전하의 양에 대응하는 카운트값을 생성하는 카운트값 생성 수단과, 상기 생성한 카운트값을 출력하는 카운트값 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 디지털 출력 광검출 회로.(At least one of a
(제 2 구성) 상기 카운트값 생성 수단은, 상기 축적된 전하가 초기값에서 소정값까지 변화할 때까지 발생한 클록 신호의 수를 카운트값으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 제 1 구성에 기재된 디지털 출력 광검출 회로.(Second Configuration) The digital output light described in the first configuration is characterized in that the count value generating means generates, as a count value, the number of clock signals generated until the accumulated charge changes from an initial value to a predetermined value Detection circuit.
(제 3 구성) 축적된 전하의 양이 소정량에 도달할 때마다 축적된 전하를 초기값으로 리셋하는 리셋 수단을 구비하고, 상기 카운트값 생성 수단은, 상기 클록 신호로 측정되는 소정 시간 동안에, 상기 리셋 수단이 리셋한 횟수를 카운트값으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 제 1 구성에 기재된 디지털 출력 광검출 회로.(Third configuration), and reset means for resetting the accumulated charge to an initial value every time the amount of accumulated charge reaches a predetermined amount, and the count value generation means generates, for a predetermined time period measured with the clock signal, And the counted number of times of resetting by the resetting means is generated as a count value.
(제 4 구성) 제 1 구성, 제 2 구성, 또는 제 3 구성 중 어느 하나의 구성에 기재된 디지털 출력 광검출 회로를 사용하여, 제 1 수광 소자가 축적한 전하의 양에 대응하는 제 1 카운트값과, 상기 제 1 수광 소자와 상이한 분광 특성을 갖는 제 2 수광 소자가 축적한 전하의 양에 대응하는 제 2 카운트값을 취득하는 카운트값 취득 수단과, 상기 취득한 제 1 카운트값과 제 2 카운트값의 차분을 디지털 연산하는 차분 연산 수단과, 상기 연산한 차분을 디지털값으로 출력하는 차분 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.(Fourth Configuration) A digital output light detection circuit described in any one of the first configuration, the second configuration, and the third configuration is used, and a first count value corresponding to the amount of charge accumulated in the first light receiving element Count value acquiring means for acquiring a second count value corresponding to an amount of electric charge accumulated in a second light receiving element having a spectroscopic characteristic different from that of the first light receiving element; And a difference output means for outputting the calculated difference as a digital value.
(제 5 구성) 제 4 구성에 기재된 광검출 장치와, 화상을 표시하는 화상 표시 수단과, 상기 디지털 출력 광검출 회로의 출력을 사용하여 외계의 밝기를 판단하는 밝기 판단 수단과, 상기 판단한 밝기에 따라서 상기 화상 표시 수단의 휘도를 조절하는 휘도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.(Fifth Configuration) An image display device according to the fourth configuration, an image display means for displaying an image, a brightness determination means for determining the brightness of the outside world using the output of the digital output light detection circuit, And a brightness adjusting means for adjusting the brightness of the image display means.
이상에서 설명한 광검출 장치에 관한 제 2 실시형태에 의해서 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the second embodiment of the light detecting device described above, the following effects can be obtained.
(1) 포토다이오드 (1) 에 관측 대상의 광인 가시광을 투과시키고, 다른 광을 차광하는 광학 필터 (101) 를 형성함으로써, 포토다이오드 (1) 에서 가시광에 따른 전하를 축적하고, 이것에 의한 출력을 전압으로 얻을 수 있다.(1) By forming an
(2) 포토다이오드 (1) 와 동일한 구조의 포토다이오드 (2) 를 형성하여, 포토다이오드 (2) 에 입사되는 광을 모두 차광함으로써 포토다이오드 (1) 에서 발생하는 암전하와 동일한 암전하를 발생시킬 수 있다.(2) A
(3) 포토다이오드 (1) 와 포토다이오드 (2) 의 전압의 차분을 취함으로써, 포토다이오드 (1) 에서 발생되어 있는 암전하에 의한 영향을 캔슬하고, 원하는 분광 특성을 얻을 수 있다.(3) By taking the difference between the voltages of the
(4) 포토다이오드 (1) 와 포토다이오드 (2) 가 동일한 구조이기 때문에, 제조가 용이하고, 제조 비용을 저감할 수 있다.(4) Since the
(5) 광학 필터 (101) 의 분광 특성을 적당히 형성함으로써 각종 광을 대상으로 한 광검출 장치를 구성할 수 있으며, 예를 들어, 자외선 센서로서 사용할 수도 있다.(5) By appropriately forming the spectroscopic characteristics of the
1 … 포토다이오드
2 … 포토다이오드
3 … P 형 기판
4 … N 형 층
5 … N 형 층
6 … 반도체 장치
7 … N 형 층
10 … 광검출 장치
12 … 조도 판정부
13 … 앰프
14 … 앰프
15 … 차분 회로
16 … 리셋 회로
17 … 스위치
18 … 스위치
19 … 직류 전원
21 … 콤퍼레이터
22 … 직류 전원
31 … 타이머 클록
32 … 스위치
33 … 스위치
41 … 적분 회로
51 … P 형 층
57 … 폴리실리콘층
71 … 카운터 회로
72 … 클록
73 … 차분 연산부
75 … 디지털 출력 광검출 회로
77 … 디지털화 회로
78 … 디지털화 회로
101 … 광학 필터
102 … 차광층 One … Photodiode
2 … Photodiode
3 ... P-type substrate
4 … N-type layer
5 ... N-type layer
6 ... Semiconductor device
7 ... N-type layer
10 ... Optical detection device
12 ... Illuminance judgment section
13 ... Amplifier
14 ... Amplifier
15 ... Differential circuit
16 ... Reset circuit
17 ... switch
18 ... switch
19 ... DC power
21 ... Comparator
22 ... DC power
31 ... Timer clock
32 ... switch
33 ... switch
41 ... Integral circuit
51 ... P-type layer
57 ... The polysilicon layer
71 ... Counter circuit
72 ... Clock
73 ... Difference operator
75 ... Digital output photodetection circuit
77 ... Digitizing circuit
78 ... Digitizing circuit
101 ... Optical filter
102 ... Shading layer
Claims (17)
상기 발생된 전하를 상기 수광 소자에 축적시키는 축적 수단과,
상기 축적 수단에 의해 축적한 원하는 파장의 입사광에 대응하는 전하의 전하량을 출력하는 출력 수단과,
상기 축적 수단이 상기 수광 소자에 전하를 축적하는 시간을 광의 세기에 따라서 변경하는 변경 수단을 구비하고,
상기 수광 소자는, 입사되는 상기 원하는 파장의 입사광 이외의 광을 차광하는 제 1 차광 수단을 형성한 제 1 수광 소자와, 입사되는 광을 모두 차광하는 제 2 차광 수단을 형성한 제 2 수광 소자를 사용하여 구성되고,
상기 축적 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에, 상기 발생된 전하를 축적시키고,
상기 출력 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적시킨 전하량의 차분을 취득하는 차분 취득 수단과 당해 전하량의 차분을 상기 원하는 파장의 입사광에 대응하는 전하의 전하량으로서 출력하는 차분 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.A light receiving element for generating an electric charge by the incident light,
Accumulating means for accumulating the generated charge in the light receiving element,
An output means for outputting a charge amount of a charge corresponding to incident light of a desired wavelength accumulated by the accumulating means;
And changing means for changing the time for the accumulation means to store the charge in the light-receiving element in accordance with the intensity of the light,
The light receiving element includes a first light receiving element formed with a first light shielding means for shielding light other than incident light of the desired wavelength and a second light shielding means for shielding all the incident light, ≪ / RTI >
Wherein the accumulating means accumulates the generated charges in the first light receiving element and the second light receiving element,
Wherein said output means includes a difference acquiring means for acquiring a difference between the amounts of charges accumulated in said first light receiving element and said second light receiving element and a difference outputting means for outputting a difference between the amounts of electric charges as a charge amount of charges corresponding to the incident light of the desired wavelength And a light source for emitting light.
상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자는, 수광과 축전의 특성이 동일한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first light receiving element and the second light receiving element have the same light receiving and storage characteristics.
상기 변경 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 입사하는 광의 세기가 강할수록 상기 축적 수단이 전하를 축적하는 시간을 짧게 하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the changing means shortens the time for the accumulating means to accumulate electric charge as the intensity of light incident on the first light receiving element and the second light receiving element becomes strong.
상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자는, 초기 상태에 있어서 소정의 전극이 기준 전압에 역방향 바이어스되고, 상기 소정의 전극을 전기적으로 개방단으로 함으로써 상기 전하를 축적시켜 상기 소정의 전극의 전압이 저하하고,
상기 변경 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자의 전압 강하가 큰 측의 수광 소자의 전압이 상기 기준 전압으로부터 저하하여 소정의 비교 전압에 도달한 경우에, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자를 상기 초기 상태로 리셋함으로써 상기 축적 수단이 상기 전하를 축적하는 시간을 짧게 하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.The method of claim 3,
Wherein the first light receiving element and the second light receiving element are configured such that a predetermined electrode is reverse biased to a reference voltage in an initial state and the predetermined electrode is electrically opened to accumulate the charge, Lt; / RTI >
When the voltage of the light receiving element on the side where the voltage drop of the first light receiving element and the second light receiving element is larger than the reference voltage and reaches a predetermined comparison voltage, And the accumulating means shortens the time for accumulating the electric charge by resetting the second light receiving element to the initial state.
상기 차분 취득 수단은, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자의, 상기 소정의 전극간 전압차에 의해서 상기 축적된 전하의 차분을 취득하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the difference acquiring means acquires the difference of the accumulated electric charges by the predetermined inter-electrode voltage difference between the first light receiving element and the second light receiving element.
상기 차분 취득 수단을, 상기 차분 출력 수단이 차분을 출력하는 타이밍에서 구동시키는 구동 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
And drive means for driving the difference acquisition means at a timing at which the difference output means outputs the difference.
광원이 발하는 광 강도의 변동에 의해서 상기 차분 출력 수단이 출력하는 차분에 생기는 변동을 완화하는 완화 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
And an alleviating means for alleviating a fluctuation caused in a difference output by said difference outputting means due to a variation in light intensity emitted by said light source.
화상을 표시하는 화상 표시 수단과,
상기 광검출 장치의 출력을 사용하여 외계의 밝기를 판단하는 밝기 판단 수단과,
상기 판단한 밝기에 따라서 상기 화상 표시 수단의 휘도를 조절하는 휘도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.An optical pickup apparatus comprising: the optical pickup apparatus according to claim 1 or 2;
An image display means for displaying an image,
Brightness determining means for determining the brightness of the outside world using the output of the light detecting device;
And brightness adjusting means for adjusting the brightness of the image display means in accordance with the determined brightness.
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